La risposta sismica locale - 2^ parte

Principali metodi numerici

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Determinazione della stratigrafia I metodi finora elencati presuppongono però la conoscenza più o meno dettagliata della stratigrafia, e quindi presuppongono che siano state fatti altri tipi di indagini a priori!

Esempi di indagini geofisiche per la determinazione del profilo di velocità Ing. Fausto Barazza

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Misure strumentali L’idea è quella di misurare l’input sismico e l’output nella posizione di interesse, e quindi calcolare il fattore di amplificazione come rapporto tra le due misure output

P2 input

P1

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Misure strumentali L’idea è quella di misurare l’input sismico e l’output nella posizione di interesse, e quindi calcolare il fattore di amplificazione come rapporto tra le due misure output =

P2 input

P1

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Misure strumentali • • •

Ma non tutte le frequenze sono amplificate allo stesso modo! L’ipocentro non è «sempre» superficiale o facilmente raggiungibile! Non sempre si dispongono di misure eseguite durante un sisma! (tuttavia misure eseguite in regime di piccoli spostamenti (elastico) possono dare utili informazioni anche per il regime di grandi spostamenti

P2

P1

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Misure strumentali Input e output, per ciascuna delle tre componenti, sono scomposti come somma di seni e coseni (armoniche) mediante la «Trasformata di Fourier». L’amplificazione è calcolata quindi su ciascuna frequenza.

P1

P2

Stratigrafia incognita Sorgente

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Bedrock

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Metodi di misura diretta … esempio per l’armonica di 2.5 Hz … Segnale misurato sul punto P1

Segnale misurato sul punto P2

P1

P2

Stratigrafia incognita Sorgente

Bedrock ES: la stratigrafia incognita amplifica di un fattore 2.6 la frequenza di 2.5 Hz Ing. Fausto Barazza

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Standard Spectral Ratio (SSR) Esempio di RSL per una componente

f=2.5 Hz, A=2.6 f=7.5 Hz, A=1.9

P1

P2

Stratigrafia incognita Sorgente Ing. Fausto Barazza

Bedrock SISMOLab - University of Udine

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Esempio di SSR per un caso reale

P1 Bedrock

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P2 Deposito superficiale

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SSR: pregi e difetti del metodo

Pregi • Permette di ricostruire l’esatta funzione di trasferimento come rapporto tra spettri di output e di input. Difetti • Necessita di disporre di un affioramento di bedrock o di un pozzo per poter eseguire la misura su roccia, da comparare con le misure di tremore superficiale. Misura su affioramento

Misura in Pozzo

P1

P2

Bedrock P0

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Misura in sito

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Stratigrafia superficiale

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Horizontal on Vertical Specrtal Ratio (HVSR) La HVSR consente di ottenere in molti casi una discreta approssimazione del SSR di una stratigrafia (o almeno della prima frequenza fondamentale) a partire da una sola misura (tri-componente) del tremore ambientale (Nakamura, 1989) eseguita in sommità alla stratigrafia da studiare. =

=











V P2 Bedrock

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H

Stratigrafia superficiale

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HVSR: confronto con la SSR in un caso reale

V P2 Bedrock

Ing. Fausto Barazza

H

Stratigrafia superficiale

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Dal HVSR alla stratigrafia Con procedimenti detti «di inversione» e in ipotesi di strati piani e paralleli, è possibile risalire approssimativamente alla stratigrafia che genera la funzione di trasferimento o l’HVSR misurati

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HVSR: pregi e difetti

Pregi • rapidità di misura ed economicità della strumentazione; • l’approssimazione dei risultati che si ottengono è generalmente compatibile con gli usi più comuni (ad esempio per l’edilizia residenziale) e per una stima accettabile del VS,30. Questi sono i motivi per cui la tecnica sta avendo una sempre maggiore diffusione anche negli studi professionali. Difetti • tecnica semi-empirica sulla quale la comunità scientifica non è in completo accordo (la teoria alla base del metodo non è ben definita) • HVSR fornisce generalmente una buona approssimazione della posizione della frequenza fondamentale, mentre l’ampiezza di tale picco non è sempre rappresentativo della reale amplificazione.

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Effetti della plasticizzazione del terreno sulla RSL Incremento dell’azione sismica La presenza di grandi deformazioni, dovute ad azioni sismiche di elevata intensità, genera la presenza di effetti di plasticizzazione con conseguente maggior dissipazione di energia (incremento dello smorzamento equivalente del materiale) e degrado del materiale (decremento della rigidezza). La conseguenza è una riduzione dell’ampiezza dei picchi e uno spostamento delle frequenze proprie verso valori inferiori.

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Accenni su come si interpreta HVSR Parametro

Significato

Affidabilità

Frequenza del picco

Frequenza fondamentale di risonanza del sito

Affidabile se il picco è evidente

Ampiezza del picco

Correlata con l’ampiezza del rapporto di impedenza (generalmente picco alto -> rapporto di impedenza significativo)

Da considerarsi solo come INDICATORE del valore del rapporto di impedenza

Direzionalità: dipendenza dei valori H/V dall’angolo di rotazione dei segnali

Presenza di basamento roccioso non con caratteristiche 1D Presenza di rumore proveniente principalmente da sorgenti in una determinata direzione

La presenza di direzionalità comporta la necessità di studi più approfonditi (misure in più punti e/o utilizzo di altre tecniche).

Curva piatta

Assenza di salti di impedenza rilevanti

Affidabile

Parti della curva H/V con valore minore di 1

Possibile presenza di strati con inversione di velocità

Verificare che l’andamento si ripeta sistematicamente (soprattutto in zone urbane con elevato rumore)

Picco largo

Assenza di una condizione 1D nel substrato

Verificare la presenza di variazioni laterali in profondità

Picco stretto “appuntito”

Probabile presenza di rumore di origine antropica

Verificare l’origine

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Accenni su come si interpreta HVSR Nel caso di un solo strato soffice posto su letto di roccia (bedrock), in ipotesi di materiale lineare elastico omogene vale la «legge del quarto d’onda»

La «legge del quarto d’onda» lega la frequenza fondamentale dello strato alla velocità delle onde S e allo spessore dello strato stesso: = oppure Grafico della «legge del quarto d’onda» Ing. Fausto Barazza

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=

4 4

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Esempio di interpretazione del HVSR Tratto da progetto SESAME: http://sesame-fp5.obs.ujf-grenoble.fr/SES_Reports.htm Caratteristiche del sito: valle alluvionale, larga 5 km, lunga 40 km e profonda 200 m circa. (modello 1D) Tipologia bedrock: Gneiss Velocità media delle onde S nel deposito soffice: circa 600 m/s.

Si osserva un picco di ampiezza elevata a circa 0.7 Hz, compatibile con un significativo contrasto di impedenza tra il deposito e il bedrock. 600 = ⇒ = = = 200 4 4 4 0.75 Ing. Fausto Barazza

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Risposta Sismica Locale secondo le NTC 2008: SS e ST Risposta sismica locale (NTC § 7.11.3.1 ) Il moto generato da un terremoto in un sito dipende dalle particolari condizioni locali, cioè dalle caratteristiche topografiche e stratigrafiche dei depositi di terreno […] e dalle proprietà fisiche e meccaniche dei materiali che li costituiscono. […] la risposta sismica locale consente di definire le modifiche che un segnale sismico subisce, a causa dei fattori anzidetti, rispetto a quello di un sito di riferimento rigido con superficie topografica orizzontale (sottosuolo di categoria A, definito al § 3.2.2). Categorie di sottosuolo (NTC § 3.2.2) Ai fini della definizione dell’azione sismica di progetto, si rende necessario valutare l’effetto della risposta sismica locale mediante specifiche analisi, come indicato nel § 7.11.3. In assenza di tali analisi, per la definizione dell’azione sismica si può fare riferimento a un approccio semplificato, che si basa sull’individuazione di categorie di sottosuolo di riferimento (Tab. 3.2.II e 3.2.III).

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Risposta Sismica Locale nelle NTC 2008: VS,30 Categorie di sottosuolo (NTC § 3.2.2) […] ai fini della identificazione della categoria di sottosuolo, la classificazione si effettua in base ai valori della velocità equivalente Vs,30 di propagazione delle onde di taglio (definita successivamente) entro i primi 30 m di profondità

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Risposta Sismica Locale nelle NTC 2008: VS30 Condizione topografiche (NTC § 3.2.2) Per condizioni topografiche complesse è necessario predisporre specifiche analisi di risposta sismica locale. Per configurazioni superficiali semplici si può adottare la seguente classificazione

Ing. Fausto Barazza

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Risposta Sismica Locale nelle NTC 2008 Spettro elastico SLV

Ing. Fausto Barazza

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Risposta Sismica Locale nelle NTC 2008 Spettro elastico SLV

Per la determinazione della risposta sismica locale secondo le NTC2008 vi è la necessità di conoscere la stratigrafia sepolta dei primi 30 m Ing. Fausto Barazza

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Risposta Sismica Locale nelle NTC 2008 Terremoto Umbria-Marche sett-ott 1997, Cesi

… e purtroppo la VS,30 sembra avere scarsa correlazione con la reale risposta di sito! Ing. Fausto Barazza

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Risposta Sismica Locale nelle NTC 2008

Correlazione tra VS,30 e amplificazione massima tratto da Mucciarelli e Gallipoli, ECEES 2006 Ing. Fausto Barazza

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Esempio di relazione geologica Breve descrizione della struttura che si andrà a realizzare Coordinate del punto (Latitudine Longitudine) Dati catastali (foglio, mappale) Descrizione sintetica del tipo di terreno (ghiaia, sabbie, argille …) Descrizione de tipo di prove eseguite (scavi, prove penetrometriche, HVSR)

Ing. Fausto Barazza

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Esempio di relazione geologica Parametri geotecnici dei primi metri della stratigrafia (osservata o dedotta per correlazioni da prove NSTP o simili) per il calcolo della capacità portante delle fondazioni. Informazioni sulla possibile presenza di falda TERRENO VEGETALE (Limo sabbioso argilloso) da 0.00 a 0.40 metri da p.c. peso di volume (kN/mc) 16,00 – 16,50 angolo di attrito interno (gradi sess,) 25° - 28° coesione (kN/mq) 0.0 SABBIA LIMOSA DEBOLMENTE GHIAIOSA da 0.40 a 1.00 metri da p.c. peso di volume (kN/mc) 17,50 – 18,00 angolo di attrito interno (gradi sess,) 29° - 31° coesione (kN/mq) 0.0 GHIAIA SABBIOSA LIMOSA da 1.00 metri da p.c. peso di volume (kN/mc) 18,00 – 18,50 angolo di attrito interno (gradi sess,) 33° - 35° coesione (kN/mq) 0.0 Possibile risalita della falda fino a 1.5 m dal p.c. Ing. Fausto Barazza

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Esempio di relazione geologica Dati sulle eventuali prove penetrometriche

Ing. Fausto Barazza

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Esempio di relazione geologica Dati sulle eventuali prove penetrometriche

Ing. Fausto Barazza

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Esempio di relazione geologica Dati sulla eventuale HVSR

Stazionarietà e direzionalità degli HVRS

Ing. Fausto Barazza

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Risposta Sismica Locale nelle NTC 2008

GRAZIE PER L’ATTENZIONE

Ing. Fausto Barazza

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