Cenni sui metodi di valutazione della Risposta Sismica Locale

La valutazione della risposta sismica locale di un dato sito può essere effettuata tramite differenti metodi. Tra questi non è possibile individuare un metodo efficace in assoluto in quanto ciascuno di essi presenta specifici vantaggi e controindicazioni che la letteratura scientifica indica con crescente precisione, data la sempre maggiore disponibilità di registrazioni sismiche di alta qualità in aree ben caratterizzate dal punto di vista morfologico e geotecnico.

I principali metodi di valutazione degli effetti di sito possono essere suddivisi in: · metodi sperimentali;

Capitolo 5 – Risposta Sismica Locale: richiami teorici e metodi di valutazione

- 121 - · metodi empirici;

· metodi approssimati; · metodi numerici.

I metodi sperimentali permettono di effettuare la valutazione della RSL a partire dall'analisi delle registrazioni di segnali sismici che possono essere generati da terremoti ad elevato contenuto energetico (strong-motion), da terremoti deboli (weak-motion), da sorgenti sismiche artificiali (esplosioni) o da disturbi ambientali e naturali (microtremori). In genere la valutazione quantitativa degli effetti di sito è condotta con tecniche basate sull'impiego di rapporti spettrali. Possono essere valutati i rapporti spettrali del sito in studio rispetto ad un sito di riferimento (ad es. tecnica SSR Standard Spectral Ratio) oppure possono essere calcolati i rapporti spettrali fra la componente orizzontale e quella verticale nel sito in esame (es. tecnica HVSR – Horizontal to Vertical Spectral Ratio e metodo di Nakamura).

I metodi sperimentali, di costo relativamente contenuto, considerano l'effetto della sollecitazione sismica nelle tre dimensioni, tengono implicitamente conto di tutti gli effetti di sito. Per contro il loro impiego è limitato prevalentemente ad eventi di bassa o bassissima energia (weak-motion e microtremori) e quindi valutano la risposta del sistema geotecnico soltanto a bassissimi livelli deformativi (cioè unicamente in campo lineare). L'acquisizione di dati strong-motion, per la valutazione degli effetti di sito anche in campo non lineare, è dal punto vista pratico molto onerosa in quanto richiede l'installazione e la manutenzione della strumentazione su periodi di tempo lunghissimi, in funzione della sismicità dell'area in esame. I metodi empirici sono costituiti da relazioni, elaborate sulla base di un vasto numero di osservazioni strumentali, che correlano varie caratteristiche del moto sismico con le condizioni geologiche e/o geotecniche del sito di interesse. Essi hanno il pregio della praticità e del bassissimo costo, anche in virtù del limitato numero di informazioni geotecniche richieste, ma spesso forniscono risultati del tutto inadeguati in quanto non possono tenere conto dei reali fenomeni fisici che possono manifestarsi nel sito di interesse.

I metodi approssimati consistono nell'applicazione di relazioni ricavate sulla base di soluzioni analitiche del problema della RSL. Essi rappresentano un buon compromesso tra i metodi empirici e i più sofisticati metodi numerici, soprattutto per quelle applicazioni in cui le analisi numeriche non sono giustificate.

I metodi numerici simulano, mediante codici di calcolo, la propagazione lD, 2D o 3D delle onde sismiche dal basamento all'interno di un deposito superficiale, e consentono di modellare in modo dettagliato situazioni anche complesse dal punto di vista della geometria e

Capitolo 5 – Risposta Sismica Locale: richiami teorici e metodi di valutazione

- 122 -

della stratigrafia del problema. Mentre i metodi analitici sono in genere impiegati per valutazioni di prima approssimazione e richiedono una conoscenza sommaria delle caratteristiche geotecniche, i metodi numerici possono essere impiegati per previsioni quantitative dettagliate, fornendo in uscita le storie temporali di pressoché tutte le grandezze di interesse, ma richiedono in ingresso una conoscenza approfondita della geometria del sito e delle proprietà geotecniche dei terreni, in particolare delle leggi sforzi - deformazioni in campo ciclico.

In linea del tutto generale la scelta della procedura da utilizzare dipende dalle finalità e dall'importanza dello studio, dalle prestazioni che il sistema geotecnico deve garantire nei confronti del terremoto di riferimento e dalla qualità dei dati geotecnici e sismici disponibili. Un esame critico e approfondito delle principali procedure della valutazione della RSL si trova in Bard e Riepl - Thomas (1999), Pitilakis (2004) e Lanzo (2005).

- 123 -

C

6

STIMADELLARISPOSTASISMICALOCALE

MEDIANTEMODELLAZIONENUMERICA

6.1 Introduzione

Elaborare uno studio di Risposta Sismica Locale (RSL) consiste, essenzialmente, nel valutare attraverso un modello numerico l'azione sismica attesa, generalmente al livello del piano di posa delle fondazioni, a seguito di una sollecitazione sismica che si propaga a partire da un ipocentro.

L'analisi avviene attraverso la ricostruzione di un modello del sottosuolo, seguendo le fasi di seguito elencate:

· definizione della geometria del problema; · caratterizzazione dinamica dei terreni coinvolti; · scelta di uno o più terremoti di input;

· utilizzo di un codice di calcolo.

Il codice di calcolo deve restituire l'output, ossia la descrizione del moto al livello del piano di fondazione o ad altra quota scelta dall'utente, in una forma utilizzabile dal progettista delle strutture, generalmente definendo un accelerogramma, eventualmente assieme ad uno spettro di risposta elastico.

Per il calcolo possono essere adottati diversi modelli di comportamento del terreno: · modello lineare;

· modello lineare equivalente; · modello non lineare;

· modello elasto - plastico.

Nel corso del progetto di ricerca sono stati analizzati i modelli lineare e lineare equivalente in quanto sono quelli più frequentemente utilizzati perché implementati nei software

Capitolo 6 – Stima della Risposta Sismica Locale mediante modellazione numerica

- 124 - maggiormente diffusi (STRATA, SHAKE, EERA, ecc.).

Il modello lineare implica nei terreni una relazione lineare tra sforzi e deformazioni e, una volta che viene rimossa la sollecitazione, il terreno recupera la sua condizione iniziale, cioè non rimane una deformazione permanente.

Il modello lineare equivalente consiste nella soluzione di un problema non lineare attraverso analisi lineari complete in cui, al termine di ogni iterazione, vengono aggiornati i parametri di rigidezza e smorzamento dipendenti dallo stato di deformazione del terreno. L'analisi viene quindi condotta con calcoli iterativi fino al raggiungimento di una convergenza dei risultati ad un valore imposto.

La variazione di rigidezza viene espressa in termini di variazione tra il modulo di rigidezza al taglio G ed il suo valore iniziale G0; il rapporto tra tali termini è pari all'unità in assenza di

deformazione e diminuisce via via che aumenta la deformazione indotta dal sisma.