accelerazione spettrale, Sa (g)

(1)

STORIE DI TERREMOTI (22/05):

"Terremoti e memoria collettiva in Italia centrale" - Dott.ssa V. Castelli, INGV (h11)

Presentazione del libro "18 maggio 1895 - Storia di un terremoto fiorentino“ – E. Cioppi (h17)

MOSTRA E LABORATORIO APERTI A TUTTI CENA SOTTO LA TENDA

*presso il Complesso de "Le Murate" SUC, Spazi Urbani Contemporanei in Piazza delle Murate

http://ingegnando.net/categoria-programma-io-non-tremo/blog

(2)

MOTO SISMICO DI INGRESSO AL SITO (INPUT SISMICO)

Tutti i metodi numerici per la valutazione della risposta sismica locale richiedono l’assegnazione del moto sismico rappresentativo per il sito (di norma un accelerogramma) su roccia (affiorante o sepolta), con riferimento ad un dato periodo di ritorno T_R (per studi di MS si assume T_R = 475 anni)

La scelta del moto sismico di riferimento costituisce un’operazione fondamentale perché influenza in modo determinante la risposta del terreno fondamentale perché influenza in modo determinante la risposta del terreno Sono possibili diversi criteri di scelta, ad esempio:

terremoti reali registrati su roccia in prossimità del sito

terremoti reali spettro-compatibili relativi ad altri siti con caratteristiche sismogenetiche analoghe a quello di interesse

terremoti generati artificialmente a partire dallo spettro di pericolosità sismica del sito

terremoti simulati mediante un’opportuna modellazione del meccanismo di sorgente e di propagazione

2 2

(3)

MOTO SISMICO DI INGRESSO AL SITO (INPUT SISMICO)

Di norma l’input sismico è un accelerogramma reale o artificiale, con spettro elastico “sufficientemente prossimo” a quello relativo alla pericolosità sismica di base del sito, definita su scala nazionale

La pericolosità sismica nazionale è sintetizzata in mappe di pericolosità sismica, nelle quali sono riportati, per un dato periodo di ritorno dell’evento sismico (T_R), alcuni dei principali parametri:

sismico (T_R), alcuni dei principali parametri:

Intensità macrosismica PGA

Ordinate spettrali in pseudo-velocità e pseudo-accelerazione in corrispondenza di vari periodi T

3 3

(4)

Pericolosità di base e pericolosità locale

Analisi dei dati storici

Studi di geologia regionale

Studi sismologici

Analisi ed elaborazione su basi statistiche dei dati strumentali e macrosismici

1. SISMICITÀ REGIONALE

(identificazione delle potenziali sorgenti sismiche e determinazione di alcune

caratteristiche della loro attività)

2. LEGGI DI ATTENUAZIONE (definizione di correlazioni tra parametri sismici, magnitudo

e distanza ipo- o epicentrale

4 4 caratteristiche della loro attività) e distanza ipo- o epicentrale

PERICOLOSITÀ SISMICA DI BASE

PERICOLOSITÀ SISMICA LOCALE

Applicazione di metodi deterministici o probabilistici

Analisi della

Risposta Sismica Locale

(5)

2. Studi di geologia regionale (geofisici, geologi) 1. Analisi dei dati storici (storici- geofisici-ingegneri) - ricerche documentarie

- parametrizzazione delle informazioni per la stima dell’intensità, durata, accelerazione, ecc.

- ricostruzione del campo macrosismico (Isosisme) - ricerca di leggi di attenuazione

5 5

2. Studi di geologia regionale (geofisici, geologi) - localizzazione delle strutture sismogenetiche - analisi e modellazione dei meccanismi focali

- valutazione della massima energia che può essere rilasciata - identificazione delle zone superficiali più esposte

3. Studi sismologici (geofisici, ingegneri)

- analisi delle registrazioni strumentali rilevate mediante strumenti sismici (sismometri, velocimetri, accelerometri)

- trattamento statistico ( localizzazione delle sorgenti, misura della severità in termini di magnitudo e accelerazione, ricerca di leggi di attenuazione,

determinazione di forme spettrali)

(6)

1. SISMICITÀ REGIONALE

Per ciascuna zona sismogenetica viene determinata una relazione magnitudo-frequenza

magnitudo

6 6 Zonazione sismogenetica ZS9. INGV-Gruppo di Lavoro per la redazione della mappa di pericolosità sismica (O.P.C.M. 20.03.03 n. 3274)

tempo log N

magnitudo

N = numero di eventi sismici con magnitudo > M

(7)

2. LEGGI DI ATTENUAZIONE

La forma generale con cui si esprime una legge di attenuazione è la seguente:

S Y

F C

R c

M b a

Y log( ) _log

log = + ⋅ + ⋅ + + + ±

σ

dove: Y = parametro descrittivo del moto M = magnitudo

R = distanza dalla sorgente o dall’epicentro C = fattore correttivo dell’attenuazione F, S = parametri di sorgente e di sito

7 7 F, S = parametri di sorgente e di sito

a, b, c = coefficienti empirici

σ_logY = deviazione standard di logY

Esempio: Legge di attenuazione Pugliese e Sabetta (1987) per il picco di accelerazione

8 . 6 6

. 4

19 . 0 56 . 1 1 196 . 0 8

. 5 log

306 . 0

log ² ²

≤

±

−

⋅ +

+

−

⋅

=

W

M

S D

M A

dove: A = picco di accelerazione, espresso in g M_W = magnitudo momento

D ≈ distanza epicentrale, espressa in km S1 = 0 per depositi profondi e rigidi

1 per depositi poco profondi e deformabili

(8)

Pericolosità sismica di base

Mappa di pericolosità sismica del territorio nazionale espressa in termini di accelerazione massima su suolo rigido con probabilità di superamento del 10% in 50 anni (TR = 476 anni)

8

http://zonesismiche.mi.ingv.it/ 8

(9)

Pericolosità sismica di base

9

http://esse1-gis.mi.ingv.it/ 9

MAPPE PGA

(10)

Pericolosità sismica di base

MAPPE ACCELERAZIONE SPETTRALE

10

Se(T) con T = 0.10 s

Se(T) con T = 0.20 s

(11)

Pericolosità sismica di base - Disaggregazione

11

MAPPE PGA

La disaggregazione valuta i contributi di diverse sorgenti sismiche alla pericolosità di un sito e fornisce la coppia M-R del terremoto che contribuisce maggiormente alla pericolosità (terremoto di scenario).

ε : numero di dev. st. per cui log(a_g) devia dal valore mediano predetto dalla legge di attenuazione

(12)

CALCOLO DEL MOTO SISMICO DI RIFERIMENTO

Il moto sismico di riferimento può essere ricavato da banche dati on-line mediante i seguenti passi:

• precisazione delle principali caratteristiche del terremoto che si intende simulare (magnitudo, distanza dalla faglia, ecc.) e identificazione dello spettro di risposta elastico di riferimento per il sito ^(*)

• ricerca nella banca dati dei terremoti che hanno caratteristiche e spettri

• ricerca nella banca dati dei terremoti che hanno caratteristiche e spettri simili a quello assegnato e selezione di uno o più segnali

• controllo di conformità dello spettro assegnato con quelli dei segnali selezionati

(*) Per tutti i comuni del territorio italiano sul sito:

http://esse1-gis.mi.ingv.it

è possibile trovare gli spettri di risposta attesi su terreno rigido di riferimento, oppure tale operazione può essere effettuata utilizzando il foglio di calcolo Spettri–NTC ver.1.03 rilasciato dal Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici, scaricabile dal sito:

http://www.cslp.it/cslp/

12 12

(13)

CALCOLO DEL MOTO SISMICO DI RIFERIMENTO

Seguendo il percorso:

Normative tecniche per le costruzioni

_→

Azioni sismiche - Spettri di risposta ver. 1.03

_→

Download - Spettri-NTC ver. 1.03

è possibile scaricare un foglio Excel che consente di ricavare la pericolosità di base del sito in termini di :

- accelerazione massima su terreno duro di riferimento, a_g, e parametri

13 13

- accelerazione massima su terreno duro di riferimento, a_g, e parametri F₀ e T_C* (insieme ad a_g servono per definire gli spettri)

- spettri di risposta elastici

Le coordinate del sito di progetto devono essere in gradi sessadecimali e nel sistema di riferimento ED50. Qualora non fossero disponibili in tale formato, per stabilire le coordinate del sito ed ottenere il dato nel formato corretto, è possibile accedere all’indirizzo:

http://www.geostru.com/geoapp/parametrisismici.aspx

(14)

CALCOLO DEL MOTO SISMICO DI RIFERIMENTO

http://www.geostru.com/geoapp/parametrisismici.aspx

14 14

(15)

CALCOLO DEL MOTO SISMICO DI RIFERIMENTO

15 15

(16)

CALCOLO DEL MOTO SISMICO DI RIFERIMENTO

Il programma Spettri-NTC ver. 1.03 propone 2 metodi:

a) media ponderata b) superficie rigata

Con la media ponderata si

16 16 Con la media ponderata si hanno discontinuità in corrispondenza dei lati delle maglie (valori diversi per maglie adiacenti), problema che può essere risolto usando il metodo b). Nel caso in cui le coordinate non siano state convertite in ED50, con la tecnica della superficie rigata si commette inoltre un errore minore rispetto alla media pesata.

(17)

CALCOLO DEL MOTO SISMICO DI RIFERIMENTO

17 17 In questo modo ricavo l’accelerazione di base a_g del sito di progetto (insieme con i parametri F₀ e T_C*), al valore della quale occorrerà scalare ognuno dei 7 accelerogrammi costituenti l’input sismico.

(18)

CALCOLO DEL MOTO SISMICO DI RIFERIMENTO

18 18

spettro per MS (475 anni)

a tratto continuo: NTC08 a tratteggio: S1-INGV

(19)

Obiettivo: simulazione del sisma della Calabria 5.II.1783 (M = 7.3, distanza dal piano di faglia R = 26 km)

Da P.E.E.R. (University of California at Berkeley)

PER IL CALCOLO DEL MOTO SISMICO DI RIFERIMENTO

Parametri per la ricerca nei cataloghi sul web: Magnitudo (6.8<M<7.3) Distanza dal piano di faglia (25 km<R<35 km)

Spettro di risposta elastico ottenuto da specifica analisi di pericolosità, applicando la legge di attenuazione di Pugliese & Sabetta (1989)

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0

periodo, T (s) accelerazione spettrale, Sa (g) Imperial Valley 262°

Pugliese & Sabetta (1989)

Verifica di spettrocompatibilità OK!

Da P.E.E.R. (University of California at Berkeley)

Terremoto di Imperial Valley 1979: M = 6.9 Stazione accelerometrica Delta: R = 32.7 km

-0,30 -0,20 -0,10 0,00 0,10 0,20 0,30

0 20 40 60 80 100

tempo, t (s)

accelerazione, a (g)

19 19

(20)

database Europeo

www.isesd.cv.ic.ac.uk/esd/frameset.htm database Italiano

http://itaca.mi.ingv.it

CATALOGHI ON-LINE

PER IL CALCOLO DEL MOTO SISMICO DI RIFERIMENTO

www.isesd.cv.ic.ac.uk/esd/frameset.htm

database USA

http://db.cosmos-eq.org

database Giapponese

www.k-net.bosai.go.jp/k-net/index_en.shtml

Seguendo il percorso http://www.reluis.it/ → Progettazione → Software → Rexel

è possibile scaricare un codice (Rexel – v 3.2 (beta)) che permette la ricerca di combinazioni di accelerogrammi naturali compatibili con gli spettri delle NTC- 08, dell'EUROCODICE 8 o definiti dall'utente arbitrariamente

20 20

(21)

REXEL v 3.2 beta è un software gratuito messo a punto dalla

ReLUIS di Napoli che permette l'estrazione di accelerogrammi di input naturali per applicazioni ingegneristiche da più

database:

ITACA (Italian Accelerometric Archive) dell'INGV (aggiornato ad ottobre 2010)

Utilizzo del software REXEL

ESD (European Strong-motion Database) (aggiornato a luglio 2007)

SIMBAD (Selected Input Motion for displacement-Based

Assessment and Design) sviluppato nell'ambito del progetto ReLUIS 2010-2013 (aggiornato a giugno 2011)

I primi due fanno riferimento a registrazioni di terremoti con magnitudo maggiore di 4; il terzo contiene registrazioni di terremoti mondiali con magnitudo maggiore di 5 e distanza epicentrale minore di 30 km

21 21

(22)

Utilizzo del software REXEL

Step 1:

Selezionare

“Italian Building Code” nella

finestra Target

22 22 finestra Target

Spectrum

Step 2: Inserire le coordinate del sito (sistema di

riferimento ED50) e cliccare il

sottostante tasto Map

Step 3: Inserire i parametri progettuali, indicando Site class A e Topographic category T1 (gli input devono riferirsi a registrazioni su roccia e su topografia pianeggiante). Spuntare “Horizontal” e cliccare su “Build code spectrum”

(23)

Utilizzo del software REXEL

^{Step 4:} Inserire i dati derivanti dall'analisi di disaggregazione.

Si consiglia di

lavorare con coppie M-R, sebbene il

programma consenta altre opzioni.

Inserire i valori degli intervalli di

probabilità maggiore

23 23 probabilità maggiore per M ed R e

scegliere il database da interrogare.

Selezionare “Same as target spectrum”

per avere input sismici la cui media sia aderente allo spettro di classe A per il sito in esame.

Infine cliccare

“Check database”

per passare allo step successivo

(24)

Utilizzo del software REXEL

Step 5: Viene richiesta la massima tolleranza per lo scarto tra lo spettro di riferimento del sito e lo spettro di risposta medio dei 7 input da estrarre. Va indicato il valore in difetto (Lower

tolerance), in eccesso (Upper tolerance) e i

24 24 (Upper tolerance) e i valori di periodo (T1[s]

e T2[s]) per cui si verifica la

corrispondenza. É possibile mantenere i valori di default,

tranne T1[s], per cui si assume 0.10. Si clicca

“Plot spectral bounds”

per passare alla fase successiva

Step 6: Spuntare “Scaled record” e “I'm feeling lucky” e cliccare la finestra di output richiesta. Per applicazioni “normali” si seleziona “7 Records” e “1 component”

(25)

Utilizzo del software REXEL

Alla fine compare una finestra in cui viene richiesto il

massimo fattore di scala medio

e il

numero massimo di combinazioni compatibili

da ricercare (solo se non è stata spuntata l'opzione

“I'm feeling lucky”). Si sconsigliano valori del fattore di scala inferiori a 2.

25 25

valori del fattore di scala inferiori a 2.

Il messaggio finale di avvenuta analisi ci permette infine di scaricare i dati.

Per prima cosa va scelta la combinazione più utile alle analisi, che sarà preferibilmente quella alla quale è associato lo scarto minore rispetto allo spettro di riferimento.

All'occorrenza è possibile ripetere l'analisi modificando i parametri, oppure escludendo stazioni ritenute non idonee (agendo nel menu a tendina “Output”).

(26)

Utilizzo del software REXEL

26 26 Dal menu a tendina “Output” selezionare “Results - Horizontal”. Si ottiene in

pratica la settupla di accelerogrammi, con i codici (ID) delle singole forme

d'onda, la stazione di registrazione, il nome dell'evento, la data, il valore di M_W, la descrizione del meccanismo focale, la distanza epicentrale, etc..

(27)

Utilizzo del software REXEL

27 27 Dal menu a tendina “Output” selezionare “Plot & get set - Horizontal”. Dopo aver selezionato la combinazione scelta, il programma aprirà la figura dello spettro scelto e, dopo la chiusura della figura, una cartella compressa, con all'interno i dati relativi ai 7 input. Fondamentali sono il file readme.pdf , il file codiceterremoto_record.txt (contenente le time-histories) e il file codiceterremoto_spectrum.txt (contenente gli spettri di risposta)

(28)

Utilizzo del software REXEL

28 28 Contenuto del file readme.pdf

Contenuto dei files codiceterremoto_record.txt e codiceterremoto_spectrum.txt