Leggi di attenuazione e zonazione sismicaZS9

(1)

DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE e AMBIENTALE Sezione Geotecnica

Leggi di attenuazione e zonazione sismica

ZS9

Prof. Ing. Claudia Madiai

Correlazioni tra parametri sismici

Sono state studiate molte correlazioni tra i diversi parametri sismici Ad esempio:

Intensità-magnitudo

Es.: Karnik (1971) M=0.51 I0+ 1 Intensità a

prof. ing. Claudia Madiai

Corso di Ingegneria Geotecnica Sismica

( ) 0

Intensità-a_max

Es.: Richter (1956) log amax=(1/3)I0–1/2

a_max-magnitudo

22

(2)

¾ Le correlazioni più note e utilizzate includono anche il parametro

‘distanza’ e sono chiamate ‘leggi di attenuazione’

¾ Le leggi di attenuazione permettono di ricavare il valore di un

Leggi di attenuazione

¾ Le leggi di attenuazione permettono di ricavare il valore di un parametro sismico (a_max, v_max, , Intensità, durata, ordinate spettrali, ecc.) in funzione di altri parametri sismici (di norma la magnitudo) e della distanza epicentrale (o ipocentrale)

¾ Sono relazioni di tipo empirico, elaborate su basi statistiche, a partire da dati strumentali o macrosismici

¾ La forma delle leggi di attenuazione è generalmente del tipo:

log Y = a + b M - c log (R + C) + F + S ± σ_logY

con: Y parametro rappresentativo del moto M magnitudo

R distanza dalla sorgente o dall'epicentro C fattore correttivo dell’attenuazione F, S parametri di sorgente e di sito a, b, c coefficienti empirici σ_logydeviazione standard di log y

log Y a + b M c log (R + C) + F + S ± σ_logY

33

Leggi di attenuazione dell’intensità Esempi

¾ Esteva e Rosenblueth (1964)

¾ Crespellani et al., 1992

I = 6.39 + 1.756 M – 2.747 ln (R + 7)

¾ Esteva e Rosenblueth (1964)

I = 1.45 M – 2.46 ln R + 8.16

( )

I è riferita alla scala MM ed R (distanza epicentrale) è in km

(3)

Barosh, 1969

Leggi di attenuazione dell’intensità

55

log a

_max

= -1.19 + 0.276 M

_w

– log R – 0.00259 R Boore, 1982

Leggi di attenuazione del picco di accelerazione

R=(D²+7.3²)^0.5

con D≅distanza epicentrale (in km) M_w=magnitudo momento

¾ Valida per terremoti con 5.0 ≤ M_w≤ 7.7

66

(4)

Sabetta e Pugliese, 1987

log A= 0.306 M_w- log √( D² + 5.8²) + 0.169 S1-1.56 ± 0.19

Leggi di attenuazione del picco di accelerazione

A= picco di accelerazione in g M_W= magnitudo momento D ≅ distanza epicentrale (in km) S1= 0 per depositi profondi e rigidi;

S1=1 per depositi poco profondi e deformabili

77

Sabetta e Pugliese, 1987

log V = 0.455 M_w- log √( D² + 3.6²) + 0.133 S3-0.71 ± 0.22

Leggi di attenuazione del picco di velocità

V= picco di velocità in cm/s Mw= magnitudo momento D ≅ distanza epicentrale (in km) S3= 0 per depositi profondi e rigidi;

S3=1 per depositi poco profondi e deformabili

(5)

Chang e Krinitzsky, 1977

Leggi di attenuazione della durata

rocce

[0.05g] (sec)

é

terreni

‘bracketed’ duration[ on[0.05g] (sec)

NB: Poiché l’ampiezza decresce con la distanza, la durata decresce con la distanza se definita in termini assoluti (come in figg.), cresce con la distanza se definita in termini relativi (es. durata di Trifunac)

‘bracketed’ duratio

99

Leggi di attenuazione delle ordinate spettrali

Pugliese e Sabetta, 1989

log S_v= a+bM_W- log √( x²+ h²) + e₁s₁+e₂s₂ ± σ

S_V= pseudo-velocità (in cm/s)

S_V pseudo velocità (in cm/s) MW= magnitudo momento h = distanza focale (in km) x = distanza epicentrale (in km) a,b,c,e₁,e₂= coefficienti dipendenti da T S1= 1 per alluvioni di spessore<10m S₂= 1 per alluvioni di spessore>10m S1 = S2 =0 per depositi ‘rigidi’ (Vs>800m/s o minore per spessori<5m)

Le ordinate in pseudo-accelerazione possono essere derivate da quelle in pseudo-velocità mediante

l’espressione: S_a≅ S_v2π/T

10 10

(6)

Pericolosità sismica

¾ Il primo passo per la progettazione in zona sismica è la definizione dei parametri del ‘moto sismico di riferimento’

definizione dei parametri del moto sismico di riferimento per il sito in studio (definizione della pericolosità sismica del sito)

¾ Infatti a partire da tali parametri vengono poi determinate le azioni sismiche di progetto

¾ La definizione della pericolosità sismica è un’operazione assai complessa, affetta da un elevato grado di incertezza.

Vi it d diff ti li lli di ti d t

Viene eseguita a due differenti livelli, distinguendo tra:

pericolosità sismica di base

pericolosità sismica locale

11 11

Pericolosità sismica

¾ Con la pericolosità sismica ‘di base’ si identifica il moto sismico di riferimento per il sito considerato, nelle

p

condizioni ideali di terreno rigido (V_s>800 m/s) e superficie topografica orizzontale

¾ Con la pericolosità sismica ‘locale’ si identifica il moto sismico di riferimento per il sito considerato, tenendo conto dei fattori geologici, morfologici e geotecnici (condizioni locali) che lo caratterizzano

¾ L’operazione scientifica finalizzata alla determinazione della

¾ L operazione scientifica finalizzata alla determinazione della pericolosità di base su aree estese (ad es. il territorio nazionale) è laZonazione Sismica

(7)

Pericolosità sismica

¾ Le analisi di pericolosità sismica possono essere condotte seguendo due tipi dig p approccio:pp

deterministico (basato sull’assunzione di un determinato scenario sismico)

probabilistico (in cui si tiene conto delle incertezze legate alla

‘dimensione’, localizzazione e tempo di ritorno dell’evento)

¾ Entrambi gli approcci richiedono che siano preliminarmente individuate e caratterizzate le sorgenti sismiche in grado di

d i ifi ti i ti t l it id t

produrre un significativo risentimento nel sito considerato.

A questo scopo è necessaria la conoscenza della sismicità regionale

13 13

Sismicità regionale

¾ Le analisi di sismicità regionale di un certo territorio (ad es.

quello nazionale) consistono nell’identificazione delle

potenziali sorgenti sismiche e nella determinazione di alcune caratteristiche della loro attività

¾ Si basano su informazioni relative a:

geologia strutturale(evidenze geologiche e tettoniche)

registrazioni strumentali

sismicità storica (notizie di terremoti non registrati)

14 14

(8)

Sismicità regionale

ZS9 - Zonazione sismogenetica del territorio italiano

INGV- Gruppo di lavoro per la redazione della mappa di pericolosità sismica (O.P.C.M. 3274) Classi di

profondità

15 15

Analisi della pericolosità sismica

1. localizzazione e caratterizzazione dellesorgenti sismichecon risentimento significativo al sito

METODO DETERMINISTICO (terremoto trattato come evento non casuale)

METODO PROBABILISTICO (terremoto trattato come evento casualecaratterizzato da una sua probabilità di occorrenza)

g

2. applicazione delle leggi di attenuazione per il parametro di interesse

3. scelta del massimo valore del parametro di pericolosità ottenuto con i diversi scenari

1. identificazione delle sorgentisismiche con risentimento al sito, della distribuzione spaziale di probabilità degli epicentri e della legge di ricorrenzadegli eventi all’interno delle sorgenti

(9)

Analisi della pericolosità sismica

MAPPE DI PERICOLOSITÀ

La ‘pericolosità sismica di base’, ricavata mediante studi di

PGA (peak ground acceleration)

Intensità macrosismica

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

p

zonazione su vasta scala, può essere rappresentata in mappe di pericolosità sismicanelle quali sono riportati, per un dato periodo di ritorno dell’evento sismico, alcuni dei principali parametri:

17 17 La ‘pericolosità sismica di base’ fornisce l’input per la definizione della ‘pericolosità sismica locale’:

rappresenta quindi il punto di partenza per le successive analisi a scala locale (microzonazione) e a scala di manufatto (progettazione)

Analisi della pericolosità sismica

MAPPE DI PERICOLOSITÀ

Mappa della pericolosità sismica del globo terrestre

(http://www.seismo.ethz.ch/GSHAP) 1818

(10)

Analisi della pericolosità sismica

PERICOLOSITÀ DI BASE IN ACCELERAZIONE DEL TERRITORIO ITALIANO

Il periodo di ritorno T_R di un evento sismico di una certa entità è legato alla probabilità (‘probabilità di eccedenza’, PVR) che in un determinato intervallo di tempo (‘periodo di riferimento’, V_R) si verifichi almeno un evento sismico di

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

19 19 verifichi almeno un evento sismico di

entità pari al valore prefissato:

T_R= -V_R/ln(1-P_VR)

Analisi della pericolosità sismica

PERICOLOSITÀ DI BASE IN INTENSITÀ MCS DEL TERRITORIO ITALIANO

Intensità macrosismica MCS La carta mostra le intensità macrosimiche attese secondo la scala MCS. Secondo la scala MCS l’inizio del danno agli edifici si ha a partire dal 6° grado

(11)

Analisi della pericolosità sismica

PERICOLOSITÀ DI BASE IN ACCELERAZIONE SPETTRALE

DEL TERRITORIO ITALIANO

Accelerazioni spettrali a 5Hz (T=0.2 s) Le accelerazioni spettrali si riferiscono ad un valore dello smorzamento critico del 5%.

da Romeo e Pugliese (www.uniurb.it/geoappl/gislab/progetti/seismic_hazard/pericolosità.htm) 21 21

Analisi della pericolosità sismica

PERICOLOSITÀ DI BASE IN ACCELERAZIONE SPETTRALE

DEL TERRITORIO ITALIANO

Accelerazioni spettrali a 1Hz (T=1 s) Le accelerazioni spettrali si riferiscono ad un valore dello smorzamento critico del 5%; le accelerazioni spettrali a 1Hz (T=1 s) si considerano rappresentative del ramo dello spettro a velocità costante

da Romeo e Pugliese (http://www.uniurb.it/geoappl/gislab/progetti/seismic_hazard/pericolosita.htm) 22 22

(12)

Sito di interesse per ricavare dati sulla pericolosità sismica italiana : http://esse1-gis.mi.ingv.it

Pericolosità sismica

Sito per la definizione delle azioni sismiche di progetto secondo il D.M.

14.01.2008 (NTC 2008):

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

dal quale è possibile scaricare un foglio di Excel (⇒ Normative tecniche per le costruzioni ⇒ Azioni sismiche – Spettri di risposta) che consente di:

identificare la pericolosità di base del sito(così come indicata nella Mappa di Pericolosità – All. B alle NTC 2008 – per 9 periodi di ritorno (da 30 a 2475 anni) in

23 23 corrispondenza dei nodi di un reticolo che copre tutto il territorio nazionale)

in termini di :

- accelerazione massima su terreno duro di riferimento, a_g

- parametri F₀e T_C^* (insieme ad agservono per definire gli spettri di progetto)

determinare l’azione sismica di progetto (spettro elastico e inelastico) in funzione dei

“requisiti del manufatto” e delle ‘condizioni locali’ del sottosuolo

¾ In assenza di dati strumentali il valore di un parametro rappresentativo del moto sismico al suolo può essere stimato attraverso relazioni empiriche; quelle che includono anche il parametro ‘distanza’ sono chiamate ‘leggi di attenuazione’

Conclusioni

¾ In letteratura esistono numerose leggi di attenuazione (per lo più molto disperse); le più affidabili sono quelle a carattere ‘regionale’

¾ Il moto sismico in un dato sito (‘pericolosità sismica’) dipende dalla

‘pericolosità di base’ e dalla ‘pericolosità locale’

¾ La pericolosità sismica può essere definita in termini di diversi parametri (i più importanti: PGA, ordinate dello spettro elastico) e determinata con metodi deterministici o probabilistici

¾ Entrambi gli approcci richiedono l’identificazione delle ‘aree sismogenetiche’

che influenzano la sismicità del sito e la definizione di opportune leggi di attenuazione