08 14 fp-microzonizzazione-ws2015

3 - 4 marzo 2015
Microzonazione sismica:
Normative e casi studio
Floriana Pergalani
2015 Workshop
Conoscenza e tecnologie appropriate per la sostenibilità e la resilienza
in urbanistica - Knowledge and Appropriate Technologies for
Sustainability and Resilience in Planning

• 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
Effetti locali

Tramite osservazione degli effetti prodotti da passati terremoti
EFFETTI DI INSTABILITA ’
EFFETTI DI SITO
EFFETTI DI INSTABILITA ’
EFFETTI DI SITO
Effetti locali

Sigla SCENARIO PERICOLOSITA’ SISMICA LOCALE EFFETTI
Z1a Zona caratterizzata da movimenti franosi attivi
Z1b Zona caratterizzata da movimenti franosi quiescenti
Z1c
Zona potenzialmente franosa o esposta a rischio di
frana
Instabilità
Z2
Zone con terreni di fondazione particolarmente
scadenti (riporti poco addensati, terreni granulari fini
con falda superficiale)
Cedimenti e/o
liquefazioni
Z3a
Zona di ciglio H > 10 m (scarpata con parete
subverticale, bordo di cava, nicchia di distacco, orlo di
terrazzo fluviale o di natura antropica)
Z3b
Zona di cresta rocciosa e/o cocuzzolo:
appuntite - arrotondate
Amplificazioni
topografiche
Z4a
Zona di fondovalle con presenza di depositi alluvionali
e/o fluvio-glaciali granulari e/o coesivi
Z4b
Zona pedemontana di falda di detrito, conoide
alluvionale e conoide deltizio-lacustre
Z4c
Zona morenica con presenza di depositi granulari e/o
coesivi (compresi le coltri loessiche)
Z4d
Zone con presenza di argille residuali e terre rosse di
origine eluvio-colluviale
Amplificazioni
litologiche e
geometriche
Z5
Zona di contatto stratigrafico e/o tettonico tra litotipi con
caratteristiche fisico-meccaniche molto diverse
Comportamenti
differenziali
Effetti locali

Effetti di instabilità
• Movimenti franosi
• Cedimenti, densificazioni, liquefazioni
Terreni con comportamento INSTABILE nei
riguardi del sisma
Effetti di sito o di amplificazione sismica
• Litologiche
• Morfologiche
Terreni con comportamento STABILE nei riguardi
del sisma
Effetti locali
Effetti di sito di tipo areale estesi su tutta l’area con modalità diverse
Effetti di instabilità di tipo puntuale concentrati in piccoli areali

Comportamento non lineare
descritto dall’evoluzione dei
parametri G e D al crescere di
γ
γl = soglia elastica o di linearità
(0.0001 – 0.01 %)
γv = 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 elasto-
plastico con incrudimento
(accoppiamento deformazioni
distorsionali e volumetriche)
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)
Indirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica

Due categorie:
–Amplificazioni
–Instabilità

Livello 1
Studio propedeutico e obbligatorio per affrontare i successivi
livelli di approfondimento
Indagini
• raccolta dei dati pregressi: rilievi geologici, geomorfologici, geologico-
tecnici 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

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)
Livello 1

Gli studi di MS1:
• Forniscono indicazioni propedeutiche all’approfondimento degli
studi di MS per ciascuna microzona omogenea
• Permettono di individuare quelle aree che non possono essere
analizzate con studi di MS2, in quanto caratterizzate da:
• forme sepolte (amplificazioni 2D)
• inversioni di velocità (rigido su soffice)
• forte contrasto di impedenza e che devono quindi essere
analizzate direttamente con studi di MS3
Livello 1

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
Approccio semiquantitativo

Norme Tecniche per le Costruzioni
A19.a - VALUTAZIONE DELLA CATEGORIA DI SOTTOSUOLO Ss
A
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
Vs30 > 800 m/s 1.0
B
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)
360 < Vs30 ≤ 800 m/s 1.0-1.2
C
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)
180 < Vs30 ≤ 360 m/s 1.0-1.5
D
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)
Vs30 ≤ 180 m/s 0.9-1.8
E
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)
180 < Vs30 ≤ 360 m/s
Vs30 ≤ 180 m/s 1.0-1.6
S1
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
Vs30 < 100 m/s
Specifiche
analisi
S2
Depositi di terreni suscettibili di liquefazione, di argille sensitive o
qualsiasi altra categoria di sottosuolo non classificabile nei tipi precedenti
-
Specifiche
analisi

Norme Tecniche per le Costruzioni
A19.b - VALUTAZIONE DELLA CATEGORIA TOPOGRAFICA Inclinazione media (i) ST
T1
Superficie pianeggiante, pendii e rilievi isolati con
inclinazione media i ≤ 15°
i ≤ 15° 1,0
T2 Pendii con inclinazione media i > 15° i > 15° 1,2
T3
Rilievi con larghezza in cresta molto minore che alla base
e inclinazione media 15° ≤ i ≤ 30°
15° ≤ i ≤ 30° 1,2
T4
Rilievi con larghezza in cresta molto minore che alla base
e inclinazione media i > 30°
i > 30° 1,4

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 di Microzone Omogenee in Prospettiva Sismica (MOPS), scala
1:5.000-1:10.000
• relazione illustrativa
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)
Livello 2

Rapporti di intensità spettrale (SI)
calcolati per gli spettri elastici di
risposta in accelerazione e
velocità, 5% di smorzamento:
Fa = SIout / SIinp

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)
Livello 2
∫∫=
Tai5.1
Tai5.0
Tao5.1
Tao5.0
dT)T(SAi
Tai
1
dT)T(SAo
Tao
1
FA
∫∫=
Tvi2.1
Tvi8.0
Tvo2.1
Tvo8.0
dT)T(SVi
Tvi
1
dT)T(SVo
Tvo4.0
1
FV

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
Livello 2

Livello 2

Parametri geometrici: altezza, larghezza, pendenza
CORRELAZIONE H/L - Fa 0.1-0.5 s
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
H/L
Fa
CRESTE APPUNTITE
L > 350 m
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
H/L
Fa
CRESTE APPUNTITE
250 m < L< 350 m
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
H/L
Fa
CRESTE APPUNTITE
150 m < L< 250 m
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
H/L
Fa
CRESTE APPUNTITE
L < 150 m
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2.0
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
H/L
Fa
CRESTE
ARROTONDATE
Classe altimetrica Classe di inclinazione Valore di Fa Area di influenza
10 m ≤ H ≤ 20 m 10° ≤ α ≤ 90° 1.1 Ai = H
20 m < H ≤ 40 m 10° ≤ α ≤ 90° 1.2 Ai =
4
3 H
10° ≤ α ≤ 20° 1.1
20° < α ≤ 40° 1.2
40° < α ≤ 60° 1.3
60° < α ≤ 70° 1.2
H > 40 m
α > 70° 1.1
Ai =
3
2 H
MORFOLOGIA (creste e ciglio di scarpata)

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
Livello 2

• 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
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)

AREA INVESTIGATA

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 mono-
dimensionali (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

Carta geologico tecnica e
geomorfologica
Nuove indagini:
7 ERT
3 MASW
13 ReMi
6 Sondaggi con DH
58 HVSR

SONDAGGI e DH
MASW

ERT

Carta livello 1 Colonne stratigrafiche
zone 1, 2, 3 sono stabili, zone 4 - 30 sono
suscettibili di amplificazioni stratigrafiche;
EFZ-A, EFZ-B sono affette da fratture/faglie
cosismiche

Sezioni geologiche con l’indicazione dei punti di analisi

0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Vs (m/s)
D(m)
DH1
DH2
DH3
DH4
DH5
DH6
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Vs (m/s)
D(m)
P1
P2
P3-P4
P5
P6
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Vs (m/s)
D(m)
P7
P8
P9
P10
P11
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Vs (m/s)
D(m)
P12
P13
P14
P15
P16
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Vs (m/s)
D(m)
P17
P18
P19
P20
P21
Modelli 1D delle
sequenze analizzate:
profili di Vs con la
profondità (27 punti: 6
punti corrispondono
ai DH)
Modelli geotecnici e geofisici

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

Due metodologie:
• Analisi numeriche
• Analisi sperimentali
Approccio quantitativo

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 di Microzone Omogenee in Prospettiva Sismica (MOPS), con approfondimenti e
relazione illustrativa
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
Livello 3

Dati e strumenti necessari:
• Moto sismico di riferimento (input sismico)
• Stratigrafia del sottosuolo
• Proprietà meccaniche dei materiali
• Codici di calcolo
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.
Analisi numerica

Analisi numerica
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0
T(s)
Sa(g)
NZZ_NS*0.9 NZZ_WE
TRT_NS*2 TRT_WE
PNR_NS*2 media
NTC-Categoria di sottosuolo A
-0.15
-0.10
-0.05
0.00
0.05
0.10
0.15
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Tempo (s)
Accelerazione(g)
NZZ_NS*0.9
-0.15
-0.10
-0.05
0.00
0.05
0.10
0.15
0 5 10 15 20
Tempo (s)
Accelerazione(g)
PNR_NS*2
-0.15
-0.10
-0.05
0.00
0.05
0.10
0.15
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Tempo (s)
Accelerazione(g)
NZZ_WE
-0.15
-0.10
-0.05
0.00
0.05
0.10
0.15
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Tempo (s)
Accelerazione(g)
TRT_NS*2
-0.15
-0.10
-0.05
0.00
0.05
0.10
0.15
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Tempo (s)
Accelerazione(g)
TRT_WE
MOTO SISMICO DI RIFERIMENTO

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)
Analisi numerica

MODELLAZIONE
• Scelta dei programmi di calcolo
(monodimensionali, bidimensionali, ecc.)
• Scelta dei parametri che definiscono
l’amplificazione (Pga, accelerogrammi,
spettri di risposta, ecc.)
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
Analisi numerica

Modello a strati continui
Analisi numerica
Modello a masse
concentrate

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 della
geometria sepolta bidimensionale

PROGRAMMI DI CALCOLO BIDIMENSIONALI
Flac: differenze finite (DFM)
varie leggi costitutive
Quad - Flush: elementi finiti (FEM)
modello a masse concentrate
lineare equivalente
dominio del tempo
Besoil – Elco: elementi di contorno (DEM)
elastico
dominio delle frequenze
Else: elementi spettrali (SM)
elastico
possibili versioni 3D
Ahnse: metodo ibrido SM-FEM
Analisi numerica

Analisi numerica
260
270
280
290
300
310
320
330
340
350
0 50 100 150 200 250 300 350 400
FEM
BEM

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

RISULTATI
• Accelerogrammi in superficie
• Spettri risposta elastici e di Fourier in
superficie
• Fattori di amplificazione (Fa)
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
Analisi numerica

• 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)

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

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

HVSR
Funzione ricevitore
HHSR
Funzione di
trasferimento

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)

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.
Applicazione - Umbertide

ENTI COINVOLTI
• Regione Umbria
• Comune di Umbertide
ENTI DI RICERCA
• INOGS di Trieste
• CNR-IDPA di Milano
• Politecnico di Milano
• Professionisti

FASI FONDAMENTALI DELLO STUDIO
Rilevamento geologico di 5 sezioni (scala 1:10.000)
Raccolta dati geologici, geomorfologici, geofisici e
geotecnici sia esistenti sia da indagini in sito e in
laboratorio effettuate nell’ambito del progetto
Redazione di carte geologiche e di pericolosità sismica
locale
Costruzione del modello geologico-geofisico ed
individuazione delle sezioni rappresentative
Studio storico e d’archivio sul danneggiamento da
terremoti della città di Umbertide

FASI FONDAMENTALI DELLO STUDIO
Individuazione dell’input sismico
Modellazione numerica 2D e 1D e determinazione dei
fattori di amplificazione e degli spettri di risposta elastici
in accelerazione
Analisi strumentale in punti significativi (Priolo et al.,
2013) e confronto delle modellazioni numeriche e
sperimentali
Prime proposte per l’uso dei risultati sia in ambito
pianificatorio sia in ambito progettuale.

RACCOLTA DATI
Indagini geologiche e geotecniche (110 sondaggi)
Informazioni sul danneggiamento storico da terremoti (457
dati, eventi 1984 e 1997)
Nuova campagna geognostica:
• 13 sondaggi a carotaggio continuo con profondità di 30-
45 m ciascuno, con relativi Down Hole
• 60 prove SPT
• 83 siti con H/V, 20 siti H/H, 3 siti con MASW/Remi
• prove di laboratorio statiche e dinamiche su 20
campioni indisturbati (proprietà fisiche, analisi
granulometrica, prova edometrica, prova triassiale e
colonna risonante)

1
2
3
4
5

MODELLO
GEOLOGICO
GEOFISICO
Denominazione unità geologica
Denominazione
unità geofisica
Sigla unità
geofisica
Vs
(m/s)
Vp
(m/s)
γ
(kN/mc)
alluvioni recenti
unità limosa
alluvionale
b 300 1200 20,3
alluvioni terrazzate unità limo-ghiaiosa bn 340 1450 19,9
Sintema Citerna Subsintema Molin
dell'Olio
unità limo-ghiaio-
sabbiosa
CTA1-2 (<40m) 480 1850 20,4
dell'Olio
unità limo-ghiaio-
sabbiosa
CTA1-2 (>40m) 540 2120 20,4
dell'Olio
unità limo-ghiaio-
sabbiosa
CTA1-2 alterato 200 1000 20,4
Sintema Citerna Subsintema M.
Rotondo
unità
conglomeratica
(40m)
CTA2c 460 1970 19,9
Sintema di Fighille unità argillosa FGH 700 2300 20,5
Formazione Marnoso-arenacea
umbra Membro C. Spertaglia
unità pelitico
arenacea
MUM1 480 1850 20,4
--------------------------
unità torbiditica
alterata
TA 540 2120 21
Scaglia Toscana Membro c. Dudda
litofacies di Montanare
unità calcareo-
argillitica
fratturata
STO4a 460 1740 20,9
-------------------------- substrato rigido
----------------- 800 2400 22

SEZIONI GEOLOGICHE - GEOFISICHE

MODELLI NUMERICI FEM

INPUT SISMICO
Come previsto dalle Norme Tecniche per le Costruzioni (D.M. 14/01/08):
5 accelerogrammi registrati su suolo di categoria A
Compatibili con le caratteristiche sismogenetiche dell’area (distensivo)
Compatibili con valore di amax atteso (GdL, 2004) (0.222g)
Compatibili con coppia magnitudo-distanza da analisi di disaggregazione
(Mw 4.5-5.0; D 0-10Km)
Spettro-compatibilità
Database ITACA (2010)
Sigla
Lat
(°)
Long
(°)
Distanza epicentrale
(km)
Evento Stazione Comp. Litologia
Pga
(g)
SC
CSC 42.719 13.013 9.3 VAL NERINA Cascia W-E Roccia 0.203 1.4
PTL 43.427 12.449 26.1 GUBBIO Pietralunga W-E Roccia - 0.177 1.3
ASS 43.075 12.604 24.1
UMBRIA-MARCHE
1° SHOCK
Assisi N-S Roccia 0.155 1.3
ASS 43.075 12.604 21.4
UMBRIA-MARCHE
2° SHOCK
Assisi W-E Roccia 0.188 1.3
BSC 41.010 15.376 28.0 IRPINIA Bisaccia NS Roccia 0.096 2.3

INPUT SISMICO

INPUT
SISMICO
-0.30
-0.20
-0.10
0.00
0.10
0.20
0.30
0 5 10 15 20 25 30
Accelerazione(g)
Tempo (s)
VALNERINA_CSC_WE x 1.4
-0.30
-0.20
-0.10
0.00
0.10
0.20
0.30
0 5 10 15 20 25 30
Accelerazione(g)
Tempo (s)
GUBBIO_PTL_WE x 1.3
-0.30
-0.20
-0.10
0.00
0.10
0.20
0.30
0 5 10 15 20 25 30
Accelerazione(g)
Tempo (s)
UM1°_ASS_NS x 1.3
-0.30
-0.20
-0.10
0.00
0.10
0.20
0.30
0 5 10 15 20 25 30
Accelerazione(g)
Tempo (s)
UM2°_ASS_WE x 1.3
-0.30
-0.20
-0.10
0.00
0.10
0.20
0.30
0 5 10 15 20 25 30 35
Accelerazione(g)
Tempo (s)
IRPINIA_BSC_NS x 2.3

INPUT SISMICO
Sigla registrazione Fattore di scala
pga pgv pgd si si05 si15 a.i. d90 Pd90 dt Pdf
g cm/s cm cm cm cm cm/s s cms s cms
VALNERINA_CSC_WE 1.4 0.28 -19.73 2.83 51.00 5.85 26.95 33.50 4.28 0.131 14.00 0.186
GUBBIO_PTL_WE 1.3 -0.23 10.35 1.02 27.58 6.28 14.90 20.98 4.98 0.189 26.10 0.368
UM1_ASS_NS 1.3 0.20 7.74 -0.37 13.19 6.67 4.36 19.03 3.58 0.152 25.60 0.210
UM2_ASS_WE 1.3 0.24 -13.29 -1.06 29.90 10.91 13.16 39.61 4.14 0.597 29.42 0.511
IRPINIA_BSC_NS 2.3 -0.22 49.32 26.78 169.58 9.03 51.67 98.34 24.32 6.919 38.00 6.146

CODICI DI CALCOLO
In relazione alle caratteristiche morfologiche,
geologiche, geotecniche e geofisiche dell’area
in esame, che presentano un andamento tipico
di valle, è stato scelto di utilizzare un codice di
calcolo bidimensionale nato dalla revisione del
programma QUAD4M (Hudson et al., 1993);
esso permette di modellare qualsiasi sezione
caratterizzata da diversi materiali con qualsiasi
andamento geometrico.

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

RISULTATI
SEZ. 1

0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
0 0.5 1 1.5 2 2.5
PSA(g)
T (s)
1 2 3 4 12 CAT. B
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
0 0.5 1 1.5 2 2.5
PSA(g)
T (s)
5 6 7 8 9 10 11 CAT. C
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
0 0.5 1 1.5 2 2.5
PSA(g)
T (s)
1 2 3 4 5 6 7 8 CAT. B
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
0 0.5 1 1.5 2 2.5
PSA(g)
T (s)
9 10 11 12 13 14 15 16 CAT. B
SEZ. 1
SEZ. 2

0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
0 0.5 1 1.5 2 2.5
PSA(g)
T (s)
1 2 3 4 5 6 7 CAT. B
SEZ. 3

0.0
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
2.4
0 0.5 1 1.5 2 2.5
PSA(g)
T (s)
1 2 3 4 CAT E
0.0
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
2.4
0 0.5 1 1.5 2 2.5
PSA(g)
T (s)
5 6 7 8 9 10 11 CAT. B
0.0
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
2.4
0 0.5 1 1.5 2 2.5
PSA(g)
T (s)
12 13 14 15 16 17 18 CAT. B
SEZ. 4

0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
0 0.5 1 1.5 2 2.5
PSA(g)
T (s)
1 2 3 4 CAT B
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
0 0.5 1 1.5 2 2.5
PSA(g)
T (s)
5 6 7 8 CAT. B
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
0 0.5 1 1.5 2 2.5
PSA(g)
T (s)
15 16 17 18 19 20 CAT. B
SEZ. 5

RISULTATI
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
0 0.5 1 1.5 2 2.5
PSA(g)
T (s)
8 shake P8 CAT. B
Per completare l’indagine numerica, in
alcuni punti delle sezioni, è stata
condotta un’analisi monodimensionale
applicando il codice di calcolo
SHAKE91 modificato (Idriss I.M. e Sun
J.I., 1992).
L’analisi ed i confronti hanno mostrato
come l’influenza della geometria delle
valli porta, in alcuni casi in modo
evidente ed in particolare in presenza
di valle larga e profonda, ad una
diminuzione ed un filtraggio dei valori
delle ordinate spettrali nei bassi
periodi ed ad un conseguente aumento
dei valori delle ordinate spettrali negli
alti periodi.
Per il sito di Umbertide, quindi,
un’analisi monodimensionale non
sarebbe stata esaustiva in quanto
l’effetto geometrico risulta
preponderante.
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
0 0.5 1 1.5 2 2.5
PSA(g)
T (s)
10 shake P10 CAT B
SEZ. 4
SEZ. 3

Due metodologie:
• Analisi numeriche
• Analisi sperimentali

ANALISI SPERIMENTALI – OGS Trieste
Metodo dei rapporti spettrali
20 siti di cui 3 di riferimento su substrato rigido
Sensori a 3 componenti Lennartz 3D-lite 1 s
Registrazioni marzo 2012-febbraio 2013
METODOLOGIA:
Calcolo rapporti spettrali
Funzione di amplificazione
Calcolo di Fa e spettri di risposta ai siti utilizzando input sismici della
modellazione numerica

UBICAZIONE SITI REGISTRAZIONI

RAPPORTI SPETTRALI

RISULTATI

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
(sezione 1, sezione 3)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
0 0.5 1 1.5 2 2.5
PSA(g)
T (s)
3 CAT. B

Considerando la robustezza dei risultati ottenuti si prevede:
• 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
UTILIZZO DEI RISULTATI

UTILIZZO DEI RISULTATI
In particolare:
1. pianificazione area vasta ed emergenza: carte di pericolosità
sismica locale alla scala 1:10.000 contenenti di fatto
l’individuazione delle zone suscettibili di amplificazione e delle
zone suscettibili di instabilità;
2. pianificazione urbanistica comunale di tipo operativo-attuativo e
scenari di danno per l’emergenza: carte delle zone a
comportamento sismico omogeneo alla scala almeno 1:10.000
con informazioni sulla consistenza delle amplificazioni;
3. politiche di riduzione del rischio sismico, progettazione su edifici
esistenti e di nuova costruzione: carte con l’individuazione e
l’assegnazione degli spettri di risposta sismica, direttamente o
dopo aver accertato che nell’area ricorrono le stesse condizioni
geologico-geofisiche individuate.

08 14 fp-microzonizzazione-ws2015

Recommended

Recommended

More Related Content

Viewers also liked

Viewers also liked (7)

Similar to 08 14 fp-microzonizzazione-ws2015

Similar to 08 14 fp-microzonizzazione-ws2015 (20)

More from Luca Marescotti

More from Luca Marescotti (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (6)

08 14 fp-microzonizzazione-ws2015