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2.4 A NALISI DINAMICA DELLA GALLERIA

2.4.1 Definizione dell’azione sismica

2.4.1.1 Valutazione della pericolosità sismica

Per effettuare la caratterizzazione sismica di un sito è necessario valutare la sua pericolosità sismica. Per effettuare tale valutazione è possibile seguire un approccio probabilistico.

L’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) definisce la pericolosità come la

“probabilità che in una data area ed in un determinato intervallo di tempo si verifichi un terremoto che superi una fissata intensità, magnitudo o accelerazione di picco al suolo di interesse”.

La pericolosità può essere valutata in relazione a diversi parametri di scuotimento (Intensità di Arias IA, accelerazione spettrale, 𝑃𝐺𝐴). Il più comune tra questi è la 𝑃𝐺𝐴 (peak ground acceleration) con cui si indica il valore massimo di accelerazione registrato al suolo durante lo scuotimento sismico. Tali registrazioni non tengono conto degli aspetti locali topografici e stratigrafici del sottosuolo, bensì fanno riferimento a condizioni standard:

 Affioramenti rigidi

 Affioramenti pianeggianti

Per la stima dei parametri di scuotimento è necessario fare riferimento alla procedura suggerita dalla normativa; nel caso della normativa italiana NTC2018 la procedura da seguire è la seguente.

In primis è necessario valutare la vita nominale di progetto VN di un’opera, essa è convenzionalmente definita come il numero di anni nel quale è previsto che l’opera, purché soggetta alla necessaria manutenzione, mantenga specifici livelli prestazionali.

I valori minimi di VN da adottare per i diversi tipi di costruzione sono riportati nella Tabella 2.4.1. Tali valori possono essere anche impiegati per definire le azioni dipendenti dal tempo.

Tabella 2.4.1: Valori minimi della Vita nominale di progetto per i diversi tipo di costruzione (NTC2018)

TIPI DI COSTRUZIONI Valori minimi di VN [anni]

1 Costruzioni temporanee e provvisorie 10

2 Costruzioni con livelli di prestazioni ordinari 50

3 Costruzioni con livelli di prestazioni elevati 100

Non sono da considerarsi temporanee le costruzioni o parti di esse che possono essere smantellate con l’intento di essere riutilizzate.

Con riferimento alle conseguenze di una interruzione di operatività o di un eventuale collasso, le costruzioni sono suddivise in classi d’uso così definite:

Classe I: Costruzioni con presenza solo occasionale di persone, edifici agricoli.

Classe II: Costruzioni il cui uso preveda normali affollamenti, senza contenuti pericolosi per l’ambiente e senza funzioni pubbliche e sociali essenziali.

Industrie con attività non pericolose per l’ambiente. Ponti, opere infrastrutturali, reti viarie non ricadenti in Classe d’uso III o in Classe d’uso IV, reti ferroviarie la cui interruzione non provochi situazioni di emergenza.

Dighe il cui collasso non provochi conseguenze rilevanti.

40 Classe III: Costruzioni il cui uso preveda affollamenti significativi. Industrie con

attività pericolose per l’ambiente. Reti viarie extraurbane non ricadenti in Classe d’uso IV. Ponti e reti ferroviarie la cui interruzione provochi situazioni di emergenza.

Dighe rilevanti per le conseguenze di un loro eventuale collasso.

Classe IV: Costruzioni con funzioni pubbliche o strategiche importanti, anche con riferimento alla gestione della protezione civile in caso di calamità.

Industrie con attività particolarmente pericolose per l’ambiente. Reti viarie di tipo A o B, di cui al DM 5/11/2001, n. 6792, “Norme funzionali e geometriche per la costruzione delle strade”, e di tipo C quando appartenenti ad itinerari di collegamento tra capoluoghi di provincia non altresì serviti da strade di tipo A o B. Ponti e reti ferroviarie di importanza critica per il mantenimento delle vie di comunicazione, particolarmente dopo un evento sismico. Dighe connesse al funzionamento di acquedotti e a impianti di produzione di energia elettrica.

Le azioni sismiche sulle costruzioni vengono valutate in relazione ad un periodo di riferimento VR che si ricava dalla (29), per ciascun tipo di costruzione, moltiplicandone la vita nominale di progetto VN per il coefficiente d’uso CU:

𝑉𝑅 = 𝑉𝑁∙ 𝐶𝑈 (29)

Il valore del coefficiente d’uso CU è definito, al variare della classe d’uso, come mostrato in Tabella 2.4.2:

Tabella 2.4.2: Valori del coefficiente d'uso Cu (NTC2018)

CLASSE D’USO I II III IV

COEFFICIENTE Cu 0.7 1.0 1.5 2.0

Per la valutazione della pericolosità è possibile scegliere come parametro di scuotimento l’accelerazione di picco al suolo 𝑎𝑔. Le forme spettrali previste dalle NTC sono caratterizzate da prescelte probabilità di superamento e vite di riferimento. A tal fine occorre fissare le probabilità di superamento 𝑃𝑉𝑅 nella vita di riferimento associate allo stato limite considerato per individuare infine, a partire dai dati di pericolosità sismica disponibili, le corrispondenti azioni sismiche (Tabella 2.4.3).

Tabella 2.4.3: Probabilità di superamento (NTC2018)

Stato Limite PVR : Probabilità di superamento nel periodo di riferimento VR

Stati limite di esercizio SLO 81%

SLD 63%

Stati limite ultimo SLV 10%

SLC 5%

41 A questo punto è possibile calcolare il parametro che caratterizza la pericolosità sismica ovvero il periodo di ritorno dell’azione sismica 𝑇𝑅 a mezzo della (30).

𝑇𝑅 = − 𝑉𝑅

log(1 − 𝑃𝑉𝑅) (30)

In alternativa al periodo di ritorno dell’azione sismica è possibile utilizzare il suo reciproco, ovvero la frequenza annuale di superamento (31)

𝜆 = 1

𝑇𝑅 (31)

Nota la frequenza annuale di superamento, attraverso le mappe interattive della pericolosità sismica (http://esse1-gis.mi.ingv.it/) è possibile ricavare l’accelerazione di picco al suolo ag. Inoltre, tali mappe forniscono gli spettri di risposta. Per quanto riguarda la magnitudo e la distanza epicentrale si fa riferimento ai grafici di disaggregazione della pericolosità sismica.

Essi consentono di valutare in maniera probabilistica i contributi di diverse sorgenti sismiche alla pericolosità di un sito. La disaggregazione è espressa in termini di magnitudo e distanza (𝑀 − 𝑅). Questo permette di definire il contributo di sorgenti sismogenetiche a distanze epicentrali 𝑅 capaci di generare terremoti di magnitudo 𝑀.

Ai fini della definizione dell’azione sismica di progetto, l’effetto della risposta sismica locale si valuta mediante specifiche analisi. In alternativa, qualora le condizioni stratigrafiche e le proprietà dei terreni siano chiaramente riconducibili alle categorie di sottosuolo (Tabella 2.4.4), si può fare riferimento a un approccio semplificato che si basa sulla classificazione del sottosuolo in funzione dei valori della velocità di propagazione delle onde di taglio, VS. I valori di VS sono ottenuti mediante specifiche prove oppure, con giustificata motivazione e limitatamente all’approccio semplificato, sono valutati tramite relazioni empiriche di comprovata affidabilità con i risultati di altre prove in sito, quali ad esempio le prove penetrometriche dinamiche per i terreni a grana grossa e le prove penetrometriche statiche. La classificazione del sottosuolo si effettua in base alle condizioni stratigrafiche ed ai valori della velocità equivalente di propagazione delle onde di taglio, VS,eq (in m/s), definita dall’espressione (32):

𝑉𝑆,𝑒𝑞= 𝐻

∑ ℎ𝑖 𝑉𝑆,𝑖

𝑁𝑖=1

(32) Dove:

hi spessore dell’i-esimo strato;

VS,i velocità delle onde di taglio nell’i-esimo strato;

N numero di strati;

H

profondità del substrato, definito come quella formazione costituita da roccia o terreno molto rigido, caratterizzata da VS non inferiore a 800 m/s.

Per depositi con profondità H del substrato superiore a 30 m, la velocità equivalente delle onde di taglio VS,eq è definita dal parametro VS,30, ottenuto ponendo H = 30 m nella precedente espressione e considerando le proprietà degli strati di terreno fino a tale

profondità.

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Tabella 2.4.4: Categorie di sottosuolo che permettono l’utilizzo dell’approccio semplificato (NTC2018)

Categoria Caratteristiche della superficie topografica

A Ammassi rocciosi affioranti o terreni molto rigidi caratterizzati da valori di velocità delle onde di taglio superiori a 800 m/s, eventualmente comprendenti in superficie terreni di caratteristiche meccaniche più scadenti con spessore massimo pari a 3 m.

B Rocce tenere e depositi di terreni a grana grossa molto addensati o terreni a grana fina molto consistenti, caratterizzati da un miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da valori di velocità equivalente compresi tra 360 m/s e 800 m/s.

C

Depositi di terreni a grana grossa mediamente addensati o terreni a grana fina mediamente consistenti con profondità del substrato superiori a 30 m, caratterizzati da un miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da valori di velocità equivalente compresi tra 180 m/s e 360 m/s.

D

Depositi di terreni a grana grossa scarsamente addensati o di terreni a grana fina scarsamente consistenti, con profondità del substrato superiori a 30 m, caratterizzati da un miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità e da valori di velocità equivalente compresi tra 100 e 180 m/s.

E Terreni con caratteristiche e valori di velocità equivalente riconducibili a quelle definite per le categorie C o D, con profondità del substrato non superiore a 30 m.

Per qualsiasi condizione di sottosuolo non classificabile nelle categorie precedenti, è necessario predisporre specifiche analisi di risposta locale per la definizione delle azioni sismiche.

Per la valutazione dell’accelerazione massima si fa riferimento alla seguente relazione:

𝑎𝑚𝑎𝑥 = 𝑎𝑔∙ 𝑆𝑆∙ 𝑆𝑇 (33)

Dove:

SS Coefficiente che tiene in conto dell’amplificazione stratigrafica

ST Coefficiente che tiene in conto dell’amplificazione topografica (nel caso delle opere in sotterraneo si può assumere pari a 1)

Per la stima del coefficiente di amplificazione stratigrafica Ss è possibile fare riferimento alla Tabella 2.4.5.

Tabella 2.4.5: Espressioni di Ss (NTC2018)

Categoria di sottosuolo SS

A 1,00

B 1,00 ≤ 1,40 − 0,40 ∙ 𝐹0∙𝑎𝑔

𝑔 ≤ 1,20

C 1,00 ≤ 1,70 − 0,60 ∙ 𝐹0∙𝑎𝑔

𝑔 ≤ 1,50

D 0,90 ≤ 2,40 − 1,50 ∙ 𝐹0∙𝑎𝑔

𝑔 ≤ 1,80

E 1,00 ≤ 2,00 − 1,10 ∙ 𝐹0∙𝑎𝑔

𝑔 ≤ 1,60

Dove g è l’accelerazione di gravità mentre F0 è il fattore che quantifica l’amplificazione spettrale massima, su sito di riferimento rigido orizzontale, ed ha valore minimo pari a 2,20.

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