Parametri di moto del terreno

Una volta definito un MDE o un ODE, è richiesta una serie di parametri di movimento del terreno per caratterizzare gli eventi di progetto. In un punto particolare del terreno o sulla struttura, i movimenti del terreno possono essere descritti da tre componenti traslazionali e da tre componenti rotazionali, sebbene le componenti rotazionali siano in genere ignorate.

Una componente del moto del terreno è descritta da una time history di accelerazione, velocità o spostamenti con tre parametri importanti: ampiezza, contenuto in frequenza e durata di un movimento della scossa.

I massimi valori del moto del terreno come il picco di accelerazione del terreno, della velocità e degli spostamenti sono usati comunemente nel definire l’MDE e l’ODE e sono elaborati dall’analisi di pericolosità sismica.

Tuttavia l’esperienza ha mostrato che i parametri di movimento del terreno effettivi, piuttosto che quelli di picco, tendono ad essere indicatori migliori della risposta della struttura, in quanto essi sono maggiormente rappresentativi del danno potenziale di un dato moto del terreno. Questo è vero in particolar modo per grandi terremoti.

Il valore effettivo è alcune volte definito come il livello di scuotimento sopportato e calcolato come il terzo o il quinto valore più alto del parametro.

Il danno sismico di strutture sotterranee ha anche dimostrato che è maggiormente legato alla velocità e agli spostamenti rispetto che alle accelerazioni. Le relazioni di attenuazione sono in genere utilizzate per la stima delle accelerazioni di picco superficiali, ma sono anche impiegabili nel calcolo della velocità e degli spostamenti di picco.

In assenza di dati specifici del sito, è possibile utilizzare le tabelle seguenti per relazionare la nota accelerazione di picco del terreno con le stime della velocità di picco e degli spostamenti del terreno.

 Spettro di risposta e time history del movimento

La via più comune per esprimere i parametri di progetto del movimento del terreno si concretizza mediante lo spettro di risposta dell’accelerazione, che rappresenta la risposta di un sistema smorzato ad un grado di libertà.

Una volta scelto lo spettro di risposta possono essere sviluppate una o più time histories del movimento del terreno che conducano a risultati simili allo spettro di risposta di progetto. Queste time histories possono essere sintetiche o basate su registrazioni reali di terremoti con simili caratteristiche.

Anche se lo spettro di risposta è uno strumento molto utile per i progettisti, non è possibile il suo impiego nel caso di sistemi altamente non lineari o se la struttura è sufficientemente lunga che il moto può variare significativamente in ampiezza e fase lungo il suo sviluppo. In questi casi, time histories combinati con le risposte locali del sito sono tipicamente più utilizzate.

 Incoerenza spaziale del movimento del terreno

Per molte strutture ingegneristiche la dimensione più lunga della struttura è sufficientemente piccola in modo che il moto del terreno ad una estremità è circa uguale al moto all’altra estremità. Tuttavia per strutture lunghe come ponti o tunnel, si possono incontrare nelle diversi parti della struttura differenti movimenti del terreno e vanno considerati gli effetti di propagazione delle onde. Questa incoerenza spaziale può avere un impatto significante sulla risposta della struttura.

Ci sono quattro fattori principali che possono implicare incoerenza spaziale: 1. effetto del passaggio delle onde;

2. effetti di sorgenti estese;

3. disomogeneità lungo il percorso delle onde; 4. effetti locali del terreno in sito.

Registrazioni del movimento del terreno hanno mostrato che la coerenza spaziale cala con il crescere della distanza e della frequenza. La generazione di time histories di movimento del terreno con apposite incoerenze spaziali è una impresa critica se il progettista deve considerare deformazioni differenziali e forze agenti sull’edificio lungo il suo sviluppo.

La ricerca ha mostrato che le onde di taglio trasversale trasmettono la porzione più grande dell’energia di un sisma, e che le ampiezze nel piano verticale sono dell’ordine tra un mezzo e i due terzi rispetto a quelle nel piano orizzontale. Tuttavia in terremoti recenti come quello di Northridge e Kobe, le accelerazioni verticali misurate sono state pari e in alcuni casi più elevate delle accelerazioni orizzontali. La componente verticale del movimento del terreno è diventata un punto di discussione importante nel progetto sismico.

In genere movimenti forti e ampi del terreno non interessano le profondità alla quale si trovano le strutture sotterranee, per cui nella fase di progetto in cui si considerano tali movimenti bisogna includere gli effetti di attenuazione dipendenti dalla profondità. Procedure analitiche popolari usano tecniche di valutazione della risposta in sito monodimensionali, sebbene queste ignorino gli effetti di tutte le onde che si propagano verticalmente.

Un metodo, discusso da Schnabel nel 1972, applica una procedura di deconvoluzione ad un imput di movimento superficiale in modo da valutare il movimento in profondità. Ancora un altro metodo procede applicando movimenti a diverse profondità per trovare i fattori di scala necessari a uguagliare il reale moto di imput. Entrambe queste procedure sono state ripetute per diversi terreni con altrettanto differenti proprietà e per diversi movimenti del terreno, in modo da ottenere uno “spettro di movimento del terreno” per il sito.

Metodi di propagazione delle onde monodimensionali lineari, equivalenti lineari o non lineari sono usati comunemente per la propagazione di onde in depositi di terreno soffice.

I movimenti del terreno in genere calano con la profondità. Performando un’analisi di propagazione dell’onda sono necessarie sia l’ampiezza e il periodo di vibrazione del terreno sia le caratteristiche dell’onda di taglio che passa attraverso i depositi di terreno soffice.

In assenza di metodi numerici più accurati, si può usare la Tabella 4 per determinare la relazione tra il moto del terreno in profondità e quello in superficie.