la scelta del sito di riferimento -...

La scelta del sito di riferimento nell’analisi della risposta sismica localeGiovanni Bongiovanni

Attività in campo sismico. Recenti studi e sviluppi futuriCasaccia, 20 dicembre 2010

Giovanni Bongiovanni

LA SCELTA DEL SITO DI RIFERIMENTO

NELL’ANALISI DELLA RISPOSTA

SISMICA LOCALE

ATTIVITÀ IN CAMPO SISMICORECENTI STUDI E SVILUPPI FUTURI

Casaccia, 20 dicembre 2010



ALCUNI ELEMENTI DI BASE(da “Indirizzi e Criteri per la MZS” DPC Conferenza delle

Regioni e delle Province Autonome)

A(f) = G(f) P(f) S(f)

… ai fini della definizione dell’azione sismica di progetto

sia valutato l’effetto della risposta sismica locale

mediante specifiche analisi che consentano di definire le

modifiche che un segnale sismico, relativo ad un sito di

riferimento rigido con superficie topografica orizzontale

(sottosuolo di categoria A) subisce, a causa delle

caratteristiche topografiche e stratigrafiche dei depositi

di terreno e degli ammassi rocciosi e delle proprietà

fisiche e meccaniche dei materiali che li costituiscono



ALCUNI ELEMENTI DI BASE

• In un caso ideale di terreni soffici a stratificazione

orizzontale, che appoggiano su un terreno rigido

(bedrock), la funzione di amplificazione si potrebbe

ottenere facendo il rapporto spettrale tra i segnali

registrati in superficie e quelli registrati da uno strumento

posto sull’interfaccia bedrock-terreni di copertura sulla

verticale dello strumento in superficie. In tale ipotesi la

funzione di amplificazione ottenuta rappresenta la vera

funzione di trasferimento della colonna di terreno

corrispondente ai livelli di deformazione osservati al

bedrock. Naturalmente tale condizione non è quasi mai

verificata e quindi i rapporti spettrali vengono effettuati

usando come bedrock siti rocciosi poco distanti.




L’utilizzo di dati strong motion ai fini di una MS rappresentauno strumento estremamente utile in quanto consente distimare in maniera diretta il comportamento differenziale deisiti su cui sono installati gli strumenti di registrazione e, quindi,valutare le amplificazioni locali nel caso i siti scelti sianoeffettivamente rappresentativi delle variazioni dellecaratteristiche dei terreni nell’area in studio. La più grossalimitazione che tale metodo implica è che raramente, duranteinstallazioni strumentali temporanee, è possibile registrareeventi di magnitudo elevata, visto il lungo periodo di ritornoche li contraddistingue. Generalmente, quindi, si è obbligatiall’utilizzo di eventi di piccola magnitudo. Le funzioni diamplificazione calcolate da eventi weak motion tendono peròin molti casi a sovrastimare le ampiezze di amplificazione e aspostarle verso frequenze più elevate, fornendo stime a voltetroppo conservative e a volte poco realistiche, soprattutto suterreni a forte comportamento non lineare (terreni più soffici).




• Una ulteriore complicazione viene dalla difficoltà di disporre, inmolti casi, di un sito di riferimento affidabile. In questi casi sipuò ricorrere a spettri di sorgente teorici calcolati una voltanota la distanza e la direzione di provenienza dell’evento eattenuati al sito tramite leggi di attenuazione note. Tali spettrisintetici sono quindi in grado di simulare la registrazione che sisarebbe ottenuta su un ipotetico sito ideale su roccia.

• Nella modellazione degli effetti locali il moto di riferimento è ingenere riferito a condizioni di suolo rigido affiorante e inassenza di effetti topografici come è, ad esempio, nel caso deirisultati degli studi di pericolosità di base. Alcuni algoritmi sonoin grado di utilizzare questo moto direttamente, mentre altrihanno bisogno che tale moto sia riportato alla base delmodello, ossia all’interfaccia bedrock-terreni di copertura.



ALCUNE CONSIDERAZIONI

• È riconosciuta l’importanza della sperimentazione

(strumentazione fissa e/o temporanea), ma ci si rivolge a

modelli teorici e leggi empiriche di attenuazione senza

quantificare l’errore derivante dalle lacune conoscitive

degli effetti di percorso e di sorgente e dall’empirismo

delle leggi di attenuazione

• Ci si affida pesantemente agli strumenti di calcolo senza

stressare il peso rilevante che può avere, in un assetto

geologico molto complesso quale quello italiano, la

geometria del sottosuolo che può introdurre, anche per

weak motion, importanti non linearità.



UN ESEMPIO: SAN GIULIANO DI PUGLIA

• Le indagini e le analisi effettuate per ricostruire il moto

sismico alla base della scuola crollata sono un chiaro

esempio delle enormi limitazioni che comporta la

mancanza o la limitatezza di dati sperimentali relativi al

moto sismico e alla conoscenza del sottosuolo.

• È possibile una valutazione anche se approssimativa dei

valori di accelerazione di picco, a partire dalla

ricostruzione di accelerogrammi sintetici basati su modelli

di sorgente teorici. L’approccio metodologico seguito si

basa sull’applicazione del modello stocastico proposto da

Beresnev & Atkinson (1997, 1998).



STIMA DEL MOTO SU BASE TEORICA(da “ACQUISIZIONE ED ELABORAZIONE DI DATI SISMOLOGICI NEL

COMUNE DI S. GIULIANO DI PUGLIA (CB)” DPC Ufficio Sismico 2003)

0 2 4 6

Tempo (s)

-180

-150

-120

-90

-60

-30

0

30

60

90

120

150

180

Acc

eler

azio

ne (

cm/s

/s)

Accelerogramma simulato

componente orizzontale

S. Giuliano di Puglia

A max = 179,39 cm/s/s



PRIMO MODELLO NUMERICO(da “Relazione dei Periti Tecnici del G.I.P. Procedimento penale n. 2097/02 RGNR e

n. 455/03 REG. GIP CAMPOBASSO Crollo dell'edificio scolastico "F.Jovine" di

S.Giuliano di Puglia a seguito dell'evento sismico del 31.10.02 ”)



VARIAZIONE DEL PGA NELLA STAZIONE CHIESA



ACCELEROGRAMMI

In corrispondenza della scuola la PGA è pari a circa 0.23g.



SECONDO MODELLO NUMERICO

(da “Consulenza Tecnica d’Ufficio Procedimento penale n. 2097/02 RGNR e n.

455/03 REG. GIP CAMPOBASSO Crollo dell'edificio scolastico "F.Jovine" di

S.Giuliano di Puglia a seguito dell'evento sismico del 31.10.02 ”)



ATTENUAZIONE



SCELTA DELL’INPUT

• Si osservi inoltre che, per le regressioni esponenziali di Fig. 65b (sito della scuola), il coefficiente di correlazione R2 è inferiore a quelle di Fig. 65a (sito della chiesa), e pertanto estrapolazioni a valori superiori di magnitudo possono risultare fuorvianti. Infatti, la figura mostra che condurrebbero a valori di PGA orizzontali ben superiori sia a quello stimato con la relazione di Sabetta & Pugliese (0.17g) che a quello, non molto diverso (0.18g), determinato dal D.P.C. mediante una simulazione numerica dell'evento in questione.

• Come moto sismico di riferimento, si sono quindi assunti gli accelerogrammi EW, NS, UD registrati il 12 novembre 2002 am (M=4.2), rispettivamente scalati per i valori di 0.09g, 0.11g e 0.07g



CONSIDERAZIONI

• In tutti i casi gli estensori hanno sottolineato diverselacune conoscitive sia sull’input che sulla geometria delsottosuolo

• Hanno comunque “forzato” l’analisi. Basta osservarecome siano stati scalati eventi di bassa magnitudo allamagnitudo del main shock (modelli numerici)

• Per i modelli numerici è stato scelto l’input su rocciaaffiorante in vicinanza per la quale era stato subitoevidenziata la presenza di notevoli effetti locali (diaposuccessiva)



(da BSSA The Role of Site Effects on the Intensity anomaly of San Giuliano di Puglia Inferred from

Aftershocks of the Molise, Central Southern Italy, Sequence, November 2002 by F. Cara, A. Rovelli, G. Di

Giulio, F. Marra, T. Braun, G. Cultrera, R. Azzara, and E. Boschi)



UNO STUDIO ULTERIORE(da INGV “Task3 –Molise- Deliverable D9-D10-D11 Risposta Sismica Locale a San Giuliano di

Puglia (CB) e in alcuni comuni confinanti”)

• SU RICHIESTA DEL DPC L’INGV HA EFFETTUATO DETTAGLIATE INDAGINI E UNA MODELLAZIONE 3D DEL SITO

• Sono state individuate due faglie (una delle quali corre lungo la dorsale di San Giuliano con quattro sblocchi nella zona più danneggiata)

• Queste faglie originano un cuneo e individuano tre diversi ricoprimenti

• Il bedrock non è stato individuato



PIANI DI FAGLIA



MODELLO DIGITALE 3D



METODOLOGIA



RISULTATI



CONSIDERAZIONI

• La ricostruzione 3D molto dettagliata ha permesso di ricostruire la variabilità della risposta sismica locale, affetta in modo evidente, sia dalle caratteristiche meccaniche che dalle relazioni geometriche dei vari terreni in presenza anche delle faglie

• Pur nella complessità e nell’affidabilità della ricostruzione il moto di input è stato definito in modo teorico



UN CASO DI STUDIO IN CORSO

SUL TERREMOTO AQUILANO

• La sequenza aquilana ha dato registrazioni al sito dei Laboratori

sotterranei e al sito Assergi, laboratori esterni (vedi diapositiva

seguente)

• Sono stati esaminati 12 eventi registrati ai due siti nell’ipotesi che il

sito laboratorio sotterraneo sia rappresentativo dell’input sismico per il

sito esterno

• Questa ipotesi appare molto ragionevole rispetto alla meccanica dei

terreni ma ha alcune limitazioni:

– distanza tra i due siti, circa 5 Km

– presenza in prossimità della faglia di Campo Imperatore

– molto probabile complessità geometrica delle relazioni tra le

diverse formazioni geologiche presenti che interessano il percorso

sorgente-sito



-16 -12 -8 -4 0 4KM DA ASSERGI

-30

-20

-10

0

10

KM

DA

AS

SE

RG

I

04/06 01:32 ML=5.9

04/07 17:47 ML=5.4

04/09 03:14 ML=4.6

04/09 04:32 ML=4.2

04/09 19:38 ML=5.004/13 21:14 ML=5.0

04/23 15:13 ML=4.0

04/23 21:48 ML=4.2

06/22 20:58 ML=4.6

07/03 11:02 ML=4.1

07/12 08:38 ML=4.2

09/24 16:14 ML=4.1GALLERIA

ASSERGI

Stazioni di misura GALLERIA-GSG ASSERGI GSA

ed eventi registrati



REGISTRAZIONI ACCELEROMETRICHE

16 20 24 28 32t (s)

-200

-100

0

100

200

acc (

cm

/s/s

)

12 16 20 24 28t (s)

-30

-20

-10

0

10

20

30

acc (

cm

/s/s

)

Galleria GS

Assergi

6 aprile 2009 01:32comp NS

16 20 24 28 32t (s)

-80

-40

0

40

80

120

acc (

cm

/s/s

)

12 16 20 24 28t (s)

-20

-10

0

10

20

acc (

cm

/s/s

)

Galleria GS

Assergi

7 aprile 2009 17:47comp UP

16 20 24 28 32t (s)

-40

-20

0

20

40

60

acc (

cm

/s/s

)

16 20 24 28 32t (s)

-10

0

10

acc (

cm

/s/s

)

Galleria GS

Assergi

9 aprile 2009 19:38comp WE



SPETTRI E RAPPORTI H/V

0.1 1 10 100

f (Hz)

0

400

800

1200

1600

2000

FA

S (

cm

/s)

L'Aquila Assergi 06222058

NS

UP

WE

0.1 1 10 100

f (Hz)

0

2

4

6

8

Ad

ime

ns

ion

al

L'Aquila Assergi 06222058

NS/UP

WE/UP

0.1 1 10 100

f (Hz)

0

40

80

120

160

FA

S (

cm

/s)

L'Aquila Galleria GS 06222058

NS

UP

WE

0.1 1 10 100

f (Hz)

0

2

4

6

Ad

ime

ns

ion

al

L'Aquila Galleria GS 06222058

NS/UP

WE/UP



RAPPORTI SPETTRALI

2 4 6 8 10f (Hz)

0

4

8

12

16

20

Ad

ime

ns

ion

al

L'AQUILA 06222058

Rapporti spettrali Assergi/Galleria GS

NS

UP

WE



CONSIDERAZIONI

• I confronti in termini di time history, spettri e rapporti

spettrali (H/V e Assergi/Galleria) non evidenziano elementi

certi a parte le rilevanti differenze tra i due siti

• Si è quindi scelto di esaminare il parametro integrale FA

come rapporto tra le Intensità di Housner ai due siti

• Il rapporto è stato calcolato per i dodici eventi sia in

termini di velocità che in termini di accelerazione e

spostamento, oltre che in termini di PSV, per

smorzamento 5%

• L’Intensità è stata calcolata sia tra 0.1 e 2.5 s, FA1, che tra

0.1 e 10 s, FA2

5.2

1.0

),( dTTSVSIH



SPETTRI DI RISPOSTA

0.01 0.1 1 10 100T (s)

0

1

2

3

DIS

P (

cm

)

0.01 0.1 1 10 100T (s)

0

10

20

30

VE

L (

cm

/s)

L'Aquila 04.07 17:47

Response spectra - damping 5%

Galleria GS

Assergi

0.01 0.1 1 10 100T (s)

0

200

400

600

800

1000

AC

C (

cm

/s/s

)

0.01 0.1 1 10 100T (s)

0

10

20

30

PS

V (c

m/s

)



Fattore di amplificazione dell'intensità alla Housner sullo spettro di velocità

Comp NS

0

2

4

6

8

10

12

14

16

04/06 01:32

ML=5.9

04/07 17:47

ML=5.4

04/09 03:14

ML=4.6

04/09 04:32

ML=4.2

04/09 19:38

ML=5.0

04/13 21:14

ML=5.0

04/23 15:13

ML=4.0

04/23 21:48

ML=4.2

06/22 20:58

ML=4.6

07/03 11:02

ML=4.1

07/12 08:38

ML=4.2

09/24 16:14

ML=4.1

Evento

FA

FA1 FA2



Fattore di amplificazione dell'intensità alla Housner sullo spettro di accelerazione

Comp NS

0

2

4

6

8

10

12

14

04/06 01:32

ML=5.9

04/07 17:47

ML=5.4

04/09 03:14

ML=4.6

04/09 04:32

ML=4.2

04/09 19:38

ML=5.0

04/13 21:14

ML=5.0

04/23 15:13

ML=4.0

04/23 21:48

ML=4.2

06/22 20:58

ML=4.6

07/03 11:02

ML=4.1

07/12 08:38

ML=4.2

09/24 16:14

ML=4.1

Evento

FA

FA1 FA2



Fattore di amplificazione dell'intensità alla Housner sullo spettro di spostamento

Comp NS

0

5

10

15

20

25

30

35

40

04/06 01:32

ML=5.9

04/07 17:47

ML=5.4

04/09 03:14

ML=4.6

04/09 04:32

ML=4.2

04/09 19:38

ML=5.0

04/13 21:14

ML=5.0

04/23 15:13

ML=4.0

04/23 21:48

ML=4.2

06/22 20:58

ML=4.6

07/03 11:02

ML=4.1

07/12 08:38

ML=4.2

09/24 16:14

ML=4.1

Evento

FA

FA1 FA2



Fattore di amplificazione dell'intensità di Housner

Comp NS

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

04/06 01:32

ML=5.9

04/07 17:47

ML=5.4

04/09 03:14

ML=4.6

04/09 04:32

ML=4.2

04/09 19:38

ML=5.0

04/13 21:14

ML=5.0

04/23 15:13

ML=4.0

04/23 21:48

ML=4.2

06/22 20:58

ML=4.6

07/03 11:02

ML=4.1

07/12 08:38

ML=4.2

09/24 16:14

ML=4.1

Evento

FA

FA1 FA2



CONCLUSIONI

Per ottenere informazioni certe sulla risposta sismica locale

la via principe non può che essere dettata dalle seguenti

note:

•Il sito di riferimento deve essere molto prossimo al sito in

studio

•Il sito di riferimento non può che essere quello al contatto

tra depositi superficiali e terreni con cui si ha elevato

contrasto meccanico

Per ottenere ciò l’unica via è

quella sperimentale

la scelta del sito di riferimento -...

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