SOMMARIO
Nel lavoro vengono presentati i risultati di una serie di analisi della risposta sismica locale effettuate con modelli numerici, mono- e bi-dimensionali, su una sezione dell’alta Valtiberina umbra, in corrispondenza di Città di Castello. La sezione analizzata è trasversale alla valle del Tevere, ha uno sviluppo di circa 3 km e attraversa interamente il centro abitato. In corrispondenza della sezione, la superficie topografica ha un andamento regolare e pressoché pianeggiante; il substrato roccioso, che forma un ampio bacino alluvionale, è invece caratterizzato da un andamento fortemente irregolare per la presenza di una faglia con elevato rigetto ed angolo di immersione subverticale. Nelle simulazioni numeriche sono stati impiegati 4 diversi input sismici: un accelerogramma sintetico e tre registrazioni accelerometriche di un terremoto reale. I risultati delle modellazioni 1D e 2D sono stati confrontati in corrispondenza di 24 verticali significative, sia nel dominio del tempo sia nel dominio della frequenza. Il confronto ha evidenziato che il valore di alcuni parametri è marcatamente influenzato dalle irregolarità presenti nella morfologia sepolta e nella stratigrafia.
Parole chiave: effetti sismici locali, spettri di risposta, funzioni di amplificazione, PROSHAKE, QUAD4M
1 INTRODUZIONE
L’influenza della morfologia superficiale e sepolta sulla risposta sismica locale è stata ampiamente evidenziata in numerosi studi teorici (Rial et al., 1992; Sanchez-Sesma e Campillo, 1993) e documentata dall’osservazione di casi reali (Jibson, 1987; King e Tucker, 1984) e dai risultati di modellazioni numeriche (Chavez-Garcia et al., 2000;
Pitilakis et al., 2001; Semblat et al., 2004). Tuttavia, anche se l’esistenza degli effetti indotti sulla risposta sismica dalla presenza di particolari condizioni topografiche ed irregolarità del sottosuolo è ormai largamente comprovata, la loro quantificazione risulta generalmente complessa ed incerta.
L’uso di modelli 2D e 3D, necessario per la valutazione di tali effetti, risulta infatti molto più oneroso rispetto a quello di modelli monodimensionali, non solo dal punto di vista computazionale, ma anche perché richiede una notevole mole di dati per definire in maniera sufficientemente accurata e affidabile le caratteristiche stratigrafiche e le proprietà geotecniche dei terreni necessarie per una corretta modellazione. È ben noto infatti che l’applicazione di modelli complessi a partire da dati quantitativamente insufficienti o inaffidabili, può fornire risultati ingannevoli ed affetti da errori più rilevanti di quelli ottenuti con schemi semplificati.
Per questo motivo, anche in studi recenti di microzonazione sismica basati sull’impiego di modelli numerici, sono state frequentemente condotte, per la previsione degli effetti di sito, analisi monodimensionali (Athanasopoulos, 1995; Crespellani et al., 2001), trascurando in tal modo gli effetti della reale geometria del sottosuolo.
Al fine di fornire un contributo a questa discussione, sono state eseguite, in un sito dell’alta Valtiberina umbra, per il quale si disponeva di dati numerosi ed affidabili, una serie di analisi della risposta sismica locale con modelli numerici monodimensionali e bidimensionali.
Le condizioni idrogeologiche e stratigrafiche e le proprietà geotecniche delle principali unità litologiche presenti nell’area esaminata sono state definite dettagliatamente sulla base dei risultati di una vasta campagna di indagini geologiche, geofisiche e geotecniche, condotta nell’ambito di un importante progetto di microzonazione sismica promosso dalla Regione dell’Umbria.
Le indagini geotecniche hanno compreso l’esecuzione di 27 sondaggi con recupero di 43 campioni indisturbati prelevati con campionatore Shelby, 62 Standard Penetration Test (SPT), 22 prove penetrometriche statiche (CPT), 5 prove dinamiche con penetrometro superpesante (DPSH), 22 prove down-hole (DH) e 2 cross-hole (CH).
2 INQUADRAMENTO GENERALE DELL’AREA Il sito esaminato si trova in prossimità di Città di Castello, al centro dell’alta Valtiberina umbra che rappresenta, dal punto di vista geologico-strutturale, una zona di accavallamento delle successioni della Falda Toscana, nel caso specifico costituite da torbiditi arenacee con alternanze marnose, sulla successione umbro- marchigiana-romagnola, costituita da torbiditi arenacee e calcaree. L’attività tettonica distensiva che ha interessato l’area in epoca plio-pleistocenica ha dato origine alla formazione di un ampio e profondo bacino fluvio-lacustre attraversato da un complesso sistema di faglie, alcune delle quali sono ritenute tuttora attive o con attività molto recente. I sedimenti pleistocenici successivamente depositatisi all’interno del bacino raggiungono, nella parte centrale della valle, spessori elevati, dell’ordine delle centinaia di metri. Tali sedimenti sono costituiti da materiali prevalentemente argillosi, che si arricchiscono, procedendo verso l’alto, di lenti e livelli sabbiosi e conglomeratici. In superficie, in corrispondenza di un’area estesa in direzione trasversale al corso del fiume Tevere, sono presenti i sedimenti alluvionali depositati e reincisi dal Tevere e dai suoi affluenti. Pertanto, oltre alle formazioni rocciose marnoso-arenacee che affiorano in aree limitate a SW e NE della zona esaminata, si trovano in affioramento alcune unità pleistoceniche e depositi alluvionali recenti e terrazzati.
Dal punto di vista sismico, la zona è caratterizzata da una sismicità medio-alta diffusa nello spazio e nel tempo, con intensità massime epicentrali storiche comprese tra il IX e il X grado MM e magnitudo Richter pari a circa 6.
3 DESCRIZIONE DELLA SEZIONE ANALIZZATA La sezione analizzata, orientata WSW-ENE, è trasversale alla valle del Tevere; ha una lunghezza di circa 3200m e attraversa interamente l’abitato di Città di Castello, ubicato sulle alluvioni terrazzate, in sinistra orografica del fiume Tevere (Figura 1). Lungo la sezione, l’andamento della superficie topografica è piuttosto regolare e pressoché pianeggiante (Figura 5a). Nella stratigrafia si individuano, al di sopra del substrato roccioso:
- uno strato di origine pleistocenica costituito da argille limose prevalenti, alternate a sabbie fini (Sintema di Fighille). Tale strato affiora per un tratto limitato in corrispondenza dell’estremità WSW della sezione, è delimitato superiormente da un tetto sub-parallelo alla superficie topografica e ha spessore variabile in relazione all’andamento del fondo del bacino;
- uno strato superficiale di alluvioni, avente uno spessore approssimativamente costante, pari a circa 15m, lungo tutta la sezione. In particolare, all’interno di questo strato si possono distinguere le alluvioni recenti, in prossimità del corso del Tevere, e le alluvioni terrazzate, nelle restanti zone della sezione. Entrambi i tipi di materiale sono molto eterogenei dal punto di vista granulometrico e, soprattutto le alluvioni terrazzate contengono percentuali elevate, spesso prevalenti, di ghiaie.
In definitiva, lungo la sezione la stratigrafia ha andamento prevalentemente suborizzontale, se si escludono le due estremità e i bordi dello strato di alluvioni recenti in prossimità del corso del Tevere (Figura 5a).
Il substrato roccioso, costituito da materiali appartenenti alla Formazione della Marnoso Arenacea e alla Formazione di Monte S. Maria Tiberina (Boscherini et al., 2002), presenta una morfologia fortemente irregolare per la presenza di una faglia distensiva profonda orientata NO-SE, con immersione subverticale.
Lo strato superficiale di alluvioni è sede di una falda freatica la cui profondità, in corrispondenza della sezione esaminata, varia tra i 3m e i 6m dal piano campagna.
3.1 Proprietà geotecniche dei terreni
Le caratteristiche dei materiali presenti nell’area studiata sono ampiamente descritti in precedenti lavori (Crespellani et al., 2002; Simoni, 2003). Alcune delle principali proprietà geotecniche dei tre litotipi individuati lungo la sezione analizzata (alluvioni recenti, alluvioni terrazzate e Sintema di Fighille), ritenute significative ai fini della presente trattazione, sono riassunte nella Tabella 1, nella quale sono indicati, in particolare, i valori medi e il numero di determinazioni di: peso di volume, γ, indice dei vuoti, eo, grado di sovraconsolidazione, OCR, limite di liquidità, wL, indice di plasticità, IP, contenuto in acqua, w.
Le prove di laboratorio sono state effettuate su un totale di 43 campioni indisturbati, di cui 6 appartenenti alle alluvioni recenti, 13 alle alluvioni terrazzate e 24 al Sintema di Fighille. Per la caratterizzazione dei materiali in campo dinamico sono state effettuate prove di colonna risonante e di taglio torsionale ciclico su 11 provini appartenenti al Sintema di Fighille e su 5 provini provenienti dai materiali di origine alluvionale.
Le curve del modulo di taglio normalizzato, G(γc)/Go, e del rapporto di smorzamento, D(γc), in funzione della deformazione di taglio, γc, sono state ricavate adattando ai dati sperimentali le leggi di Ramberg e Osgood (1943) e di Yokota et al. (1981), rispettivamente. Le costanti sperimentali C, R, Dmax, e λ, riportate nella Tabella 1 insieme al corrispondente numero di determinazioni, sono state ricavate per le argille pleistoceniche e per le alluvioni, senza distinzione tra recenti e terrazzate. Tale scelta, legata al numero esiguo di provini indisturbati che è stato possibile ottenere nei materiali alluvionali per la presenza diffusa di elementi ghiaiosi, appare anche giustificata dall’omogeneità riscontrata nel comportamento meccanico dei due litotipi.
4 ANALISI NUMERICHE
Per la valutazione degli effetti di sito lungo la sezione considerata sono stati impiegati due noti programmi di calcolo automatico: QUAD4M (Hudson et al., 1993), per le analisi bidimensionali e PROSHAKE (derivato dal programma SHAKE di Schnabel et al., 1972) per le analisi monodimensionali condotte su 24 verticali ritenute rappresentative per la sezione in esame.
Tabella 1. Valori medi e numero di determinazioni delle principali proprietà dei litotipi presenti lungo la sezione analizzata
Alluvioni recenti
Alluvioni terrazzate
Sintema di Fighille Parametro media n. media n. media n.
γ [kN/m3 ] 19.81 6 19.75 13 19.71 24
e0 0.60 6 0.63 13 0.67 23
wL [%] 32.07 6 35.23 12 43.02 24 Ip [%] 11.25 6 13.83 10 23.09 19 w[%] 21.02 6 22.76 13 25.58 24
OCR 3.24 6 3.56 12 1.37 10
C 2739.05* 5 2739.05* 5 467.627 11
R 3.039* 5 3.039* 5 2.686 11
Dmax [%] 24.129* 5 24.129* 5 24.878 11
λ -2.157* 5 -2.157* 5 -2.596 11
* determinati senza distinzione tra alluvioni recenti e terrazzate
4.1 Input sismico
Come input sismico di riferimento su roccia affiorante sono stati assunti un accelerogramma sintetico e tre registrazioni accelerometriche di un terremoto reale.
L’accelerogramma sintetico, che ha un valore di accelerazione massima pari a 0.2g, è stato generato a partire dagli spettri di risposta elastici in accelerazione, per uno smorzamento critico del 5%, ottenuti mediante un’analisi probabilistica della pericolosità del sito (Zonno et al., 2002).
I tre accelerogrammi reali rappresentano le registrazioni delle componenti orizzontali WE ottenute in altrettante stazioni accelerometriche durante il terremoto dell’Umbria del 29/4/1984 (Magnitudo locale ML = 5.6,
Intensità macrosisimica epicentrale massima IMCS = 7.5, profondità ipocentrale pari a circa 7 km). Le registrazioni utilizzate sono quelle relative alle stazioni di Gubbio, su roccia, Pietralunga e Nocera Umbra, su roccia con alterazione superficiale, poste rispettivamente a 15.5, 18.7 e 30.6 km dall’epicentro.
Nella Figura 2 è rappresentato l’andamento dei quattro accelerogrammi impiegati nelle analisi numeriche e i relativi spettri di Fourier; nella Tabella 2 sono riassunti i principali parametri delle registrazioni accelerometriche:
accelerazione massima, amax, durata di Trifunac (Trifunac e Brady, 1975), d, periodo fondamentale, To.
Tabella 2. Principali parametri degli accelerogrammi utilizzati Accelerogramma Sintetico Gubbio Nocera
Umbra
Pietralunga amax [g] 0.201 0.072 0.170 0.181
d [s] 14.24 8.33 7.17 5.05 To [s] 0.323 0.247 0.161 0.205
4.2 Parametri geotecnici assunti nel modello
Nello schema geotecnico adottato per la sezione analizzata (Figura 5a) sono stati definiti, oltre al bedrock, 5 diversi litotipi: uno rappresentato dalle alluvioni recenti, uno dalle alluvioni terrazzate e tre dalle argille pleistoceniche che, considerato il notevole spessore, sono state suddivise orizzontalmente in sottostrati, con differenti valori del peso di volume, γ, del coefficiente di Poisson, ν e del modulo di taglio iniziale, Go. I valori dei suddetti parametri e del rapporto di smorzamento iniziale, Do, sono riportati nella Tabella 3.
Figura 1. Geologia di superficie e ubicazione della sezione analizzata
Tabella 3. Parametri geotecnici adottati nei modelli numerici Materiale γ
[kN/m3] ν Go
[MPa] Do [%]
Alluvioni recenti 19.5 0.40 94.0 2.8 Alluvioni terrazzate 19.0 0.42 141.0 0.9 Sintema di Fighille
(0-20m)
20.0 0.46 395.0 1.8 Sintema di Fighille
(20-50m) 20.5 0.45 609.0 1.8
Sintema di Fighille
(>50m) 20.5 0.45 1024.0 1.8
Nella Figura 3 è rappresentato l’andamento delle curve di rigidezza normalizzata e del rapporto di smorzamento adottate per i tre litotipi. Per quanto riguarda il modulo di rigidezza è da osservare che, mentre per le alluvioni recenti e per le argille di Fighille è stata impiegata la curva di Ramberg e Osgood con i coefficienti sperimentali riportati nella Tabella 1, per lo strato di alluvioni terrazzate, prevalentemente ghiaioso, è stata adottata la seguente legge di variazione con la deformazione di taglio (Rollins et al., 1998; Rollins, 2000):
) .
G ( G
c γc
γ 20
0 1 16 12 10
1 + −
⋅
= + (1)
Al bedrock è stato attribuito un peso di volume γ = 22.0 kN/m3 e valori della velocità delle onde S e P rispettivamente pari a Vs = 1100 m/s e VP = 2000 m/s; per il modulo di taglio normalizzato e il rapporto di
smorzamento, in funzione della deformazione di taglio, (necessari per l’applicazione di PROSHAKE) sono stati assunti i valori riportati nella Tabella 4.
Tabella 4. Leggi G/Go(γc) e D(γc) assunte per il bedrock
γc [%] 0.0001 0.001 0.003 0.01 0.03 0.1 1 G/Go 1 0.988 0.953 0.900 0.810 0.725 0.550
D [%] 0.4 0.8 - 1.5 - 3.0 4.6
4.3 Risultati e confronti
Dominio del tempo - Nella Figura 4 sono riassunti, per le 24 verticali analizzate con il modello 1D e per i quattro accelerogrammi di input, i valori del fattore di amplificazione F, definito come rapporto tra
Nocera Umbra - Componente WE 29/4/1984 -0 2
-0.1 0.0 0.1 0.2
Accelerazione [g]
Accelerogramma sintetico (Zonno et al., 2002) -0 2
-0.1 0.0 0.1 0.2
Accelerazione [g]
Gubbio - Componente WE 29/4/1984 -0 2
-0.1 0.0 0.1 0.2
Accelerazione [g]
Pietralunga - Componente WE 29/4/1984 -0.2
-0.1 0.0 0.1 0.2
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Tempo [s]
Accelerazione [g]
0 000 0.020 0.040 0.060 0.080
Ampiezza [gxs]
0 000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005
Ampiezza [gxs]
0 000 0.010 0.020 0.030 0.040
Ampiezza [gxs]
0.000 0.010 0.020 0.030
0 5 10 15 20 25
frequenza [Hz]
Ampiezza [gxs]
Figura 2. Accelerogrammi impiegati nelle analisi e relativi spettri di Fourier
Figura 3. Curve del modulo di taglio normalizzato e del rapporto di smorzamento in funzione della deformazione di taglio dei materiali presenti lungo la sezione analizzata
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
0.0001 0.001 0.01 0.1 1
deformazione tangenziale, γc [%]
modulo di taglio normalizzato, G/G0
Alluvioni Recenti Alluvioni Terrazzate Sintema di Fighille
0 5 10 15 20 25
rapporto di smorzamento, D [%]
0.1<T<2.5s 0.10
0.40 0.70 1.00 1.30 1.60
Fa(2D)/Fa(1D)
Sintetico Gubbio Nocera Umbra Pietralunga
0.1<T<0.5s 0.10
0.40 0.70 1.00 1.30 1.60
Fa(2D)/Fa(1D)
0.10 0.40 0.70 1.00 1.30 1.60
PGA(2D)/PGA(1D)
(a) (b) (c)
Figura 5. Sezione e verticali analizzate (a) e rapporto tra i valori ottenuti in superficie con i modelli 2D e 1D dei parametri:
accelerazione massima (b), fattore di amplificazione nell’intervallo di periodo 0.1-0.5s (c), fattore di amplificazione nell’intervallo di periodo 0.1-2.5s (d)
(d) l’accelerazione massima alla superficie del deposito e
l’accelerazione massima del moto di riferimento su roccia affiorante.
Come evidenziato dalla figura, per gli accelerogrammi i cui valori di accelerazione massima sono poco diversi tra loro (Sintetico, Nocera Umbra e Pietralunga) si ottengono valori di F confrontabili; le differenze più sensibili si riscontrano sulle verticali da 7 a 10, ovvero in corrispondenza dello strato di alluvioni recenti. I valori di
F relativi all’accelerogramma di Gubbio risultano invece sensibilmente maggiori di quelli relativi agli altri accelerogrammi, ad eccezione della verticale 1. Ciò è legato all’entità delle deformazioni indotte dalle diverse storie di accelerazione: l’accelerogramma di Gubbio, caratterizzato da un valore modesto di accelerazione massima, produce nel terreno livelli di deformazione prossimi alla soglia elastica e inferiori di un ordine di grandezza rispetto a quelle indotte dagli altri input sismici.
Pertanto, il valore del rapporto di smorzamento relativo al livello deformativo indotto dall’accelerogramma di Gubbio risulta sensibilmente inferiore e conseguentemente l’effetto di amplificazione risulta maggiore.
Nella Figura 5b è riportato il valore del picco di accelerazione in superficie ottenuto con il modello 2D, normalizzato rispetto all’accelerazione massima ottenuta con il modello 1D. È possibile osservare che, in generale, i risultati sono piuttosto dispersi, ovvero che il parametro accelerazione massima ottenuto in superficie utilizzando modelli diversi può dipendere sensibilmente dalle caratteristiche dell’input sismico. Tuttavia, in maniera sostanzialmente indipendente dall’accelerogramma utilizzato, le differenze maggiori tra i modelli 2D e 1D si
1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 2.20 2.40 2.60 2.80
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Verticale n.
F
Figura 4. Fattore di amplificazione relativo alla modellazione 1D per le 24 verticali analizzate e i 4 accelerogrammi di input
riscontrano: sulle verticali 17 e 18, localizzate in corrispondenza della faglia, dove i valori di amax ottenuti con i modelli 2D sono sensibilmente minori (con rapporti che variano tra il 50% e il 20%); sulle verticali 2, 3, 7, 10 poste in prossimità dei bordi delle superfici di contatto stratigrafico tra materiali con valori molto diversi dell’impedenza sismica; sulla verticale 8 in corrispondenza della quale gli effetti legati all’andamento del bedrock si sovrappongono a quelli dovuti al valore elevato del rapporto di impedenza sismica.
Dominio della frequenza - Nelle Figure 5c e 5d è rappresentato il rapporto tra i risultati dei modelli 2D e 1D in termini di fattore di amplificazione, Fa, definito come rapporto tra l’intensità spettrale, calcolata in un determinato intervallo del periodo, sullo spettro di pseudo- velocità ottenuto in superficie per uno smorzamento critico del 5%, e l’analoga intensità spettrale del terremoto di input. Per il calcolo sono stati assunti due intervalli significativi: l’intervallo 0.1-0.5 s, ritenuto rappresentativo del periodo proprio degli edifici presenti nell’area e l’intervallo 0.1-2.5 s, in accordo con la definizione di intensità spettrale di Housner (1952). Il confronto mostra che, al contrario di quanto osservato per il picco di accelerazione massima, il rapporto di amplificazione ottenuto utilizzando modelli diversi è poco influenzato dalle caratteristiche dell’input sismico. Si osserva inoltre che le differenze maggiori tra i risultati di modelli 1D e 2D si riscontrano per Fa calcolato nell’intervallo 0.1-0.5
(Figura 5c) e, in particolare, sulle verticali 16, 17 e 18, localizzate in corrispondenza della faglia, dove i valori ottenuti con i modelli 2D sono sensibilmente minori e sulle verticali 2, 3, 8, 9 in corrispondenza delle quali gli effetti legati all’andamento del bedrock si sovrappongono a quelli dovuti al valore elevato del rapporto di impedenza sismica.
Nel dominio della frequenza è interessante osservare anche l’andamento delle funzioni di amplificazione, che per le verticali più significative tra le 24 analizzate, sono rappresentate in Figura 6. A tal proposito è possibile osservare che: 1) la prima frequenza di risonanza diminuisce all’aumentare della profondità del bedrock; 2) i massimi relativi ai due modelli risultano in buon accordo tra loro in corrispondenza della zona centrale della valle, dove non sono presenti irregolarità morfologiche e stratigrafiche, e sensibilmente diversi, soprattutto in termini di frequenza, in corrispondenza della faglia, dei bordi dello strato di alluvioni recenti e delle estremità della valle.
Infine, la Figura 7, nella quale sono rappresentati gli spettri di risposta elastici in superficie (ottenuti per un valore dello smorzamento critico ξ = 5%) per le stesse verticali significative, evidenzia l’influenza delle discontinuità stratigrafiche orizzontali e della presenza della faglia sull’andamento degli spettri, che risultano anche sensibilmente dipendenti dal moto sismico di riferimento.
VERTICALE 2
0.1 1.0 10.0
rapporto spettrale
VERTICALE 4
0.1 1.0
10.0 VERTICALE 8
0.1 1.0 10.0
x = 160m zbed = 22m
x = 360m zbed = 53m
x = 800m zbed = 118m
VERTICALE 10
0.1 1.0 10.0
rapporto spettrale
VERTICALE 13
0.1 1.0
10.0 VERTICALE 15
0.1 1.0 10.0
x = 1080m zbed = 140m
x = 1600m zbed = 131m
x = 2000m zbed = 132m
VERTICALE 17
0.1 1.0 10.0
0 5 f [Hz] 10
rapporto spettrale
VERTICALE 21
0.1 1.0 10.0
0 5 f [Hz] 10
VERTICALE 24
0.1 1.0 10.0
0 5 f [Hz] 10
x = 2120m zbed = 134m
x = 2600m zbed = 184m
x = 3120m zbed = 40m
Figura 6. Confronto tra funzioni di amplificazione ottenute mediante modelli mono- e bi-dimensionali
5 CONCLUSIONI
Nell’articolo vengono illustrati i principali risultati ottenuti dall’applicazione di modelli 1D e 2D in presenza di particolari condizioni stratigrafiche e morfologiche. Lo studio è relativo ad un caso reale, per il quale è stato possibile eseguire una dettagliata caratterizzazione stratigrafica e geotecnica sulla base dei risultati di una approfondita campagna di indagini. Le simulazioni numeriche, per le quali sono stati impiegati quattro diversi accelerogrammi di input, uno sintetico e tre registrazioni accelerometriche di un terremoto reale, hanno evidenziato che:
- l’accelerazione massima, la funzione di amplificazione e lo spettro di risposta elastico in superficie sono marcatamente influenzati dalla presenza di irregolarità morfologiche e stratigrafiche;
- gli effetti delle condizioni morfologiche e stratigrafiche sull’accelerazione massima e sull’andamento dello spettro sono strettamente legati alle caratteristiche dell’input sismico; al contrario l’andamento della funzione di amplificazione è più influenzato dalle condizioni del sottosuolo che dalle caratteristiche dell’input sismico;
- un parametro globale, quale il fattore di amplificazione, è, in generale, meno influenzato rispetto ai suddetti parametri dalle caratteristiche dell’input sismico e risente in maniera più contenuta anche degli effetti delle irregolarità morfologiche e stratigrafiche
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VERTICALE 2
0 1 2 3 4 5 6
PSA/PGA
VERTICALE 4
0 1 2 3 4 5 6
PSA/PGA
VERTICALE 8
0 1 2 3 4 5 6
PSA/PGA
VERTICALE 10
0 1 2 3 4 5 6
PSA/PGA
VERTICALE 13
0 1 2 3 4 5 6
PSA/PGA
VERTICALE 15
0 1 2 3 4 5 6
PSA/PGA
VERTICALE 17
0 1 2 3 4 5 6
0 0.5 1 T [s] 1.5
PSA/PGA
VERTICALE 21
0 1 2 3 4 5 6
0 0.5 1 T [s] 1.5
PSA/PGA
VERTICALE 24
0 1 2 3 4 5 6
0 0.5 1 T [s] 1.5
PSA/PGA
Figura 7. Confronto tra spettri di risposta elastici (ξ = 5%) normalizzati con il valore di PGA ottenuti mediante modelli mono- e bi-dimensionali
of soil structure by variable damping finite element procedures. Report of Dep. of Civil & Environmental Engineering, University of California, Davis
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ABSTRACT
1D AND 2D GROUND RESPONSE ANALYSES AT CITTÀ DI CASTELLO
Keywords: local seismic effects, response spectra, amplification functions, PROSHAKE, QUAD4M
In order to point out the influence of complex local geological conditions on the seismic ground motion, the results of seismic ground response analyses at a site in the High Tiber Valley, Central Italy, are presented. The study was developed by applying PROSHAKE and QUAD4M computer programs which perform 1D and 2D analyses, respectively. The examined section is about 3200m in length and crosses the Tiber Valley and the town of Città di Castello which is located on the left bank of the river.
Data used in the characterisation of the area were numerous and fully reliable, as they were obtained from a widespread site investigation survey carried out in the context of an important microzonation study.
Along the examined cross-section, the ground surface has a regular profile and it is nearly flat. The bedrock outcrops at the extremes of the section and forms a very irregular deep basin characterised by a fault with a slip offset of about 100m and a dip angle of about 90°. The subsoil consists of a surficial layer of heterogeneous and prevalently coarse grained alluvium with a thickness of about 15m: it is possible to distinguish recent alluvium near the course of the river and terraced alluvium in the remaining part of the section. Holocene alluvium are underlain by Pleistocene lacustrine deposit with a thickness of about 100-200m, consisting mainly of silty clay with alternating layers of fine sands (“Sintema di Fighille”). The Pleistocene clays outcrops in a small stretch near the WSW end of the valley.
The investigated area is affected by a moderate but frequent seismic activity. Maximum historical earthquakes (ML ≈6) produced MM IX-X shaking in the epicentral region.
Four different acceleration time histories were used in the numerical simulations: three strong ground motion recordings of an actual earthquake (ML = 5.6; IMCS = 7.5) which struck the area in 1984 and a synthetic accelerogram determined on the basis of a site-specific probabilistic seismic hazard analysis. The results of the numerical 1D and 2D simulations were compared in the frequency and time domains for 24 representative verticals of the section. The comparison shows that the irregularities of the buried topography and the lateral heterogeneity in the subsoil have a great influence on the peak acceleration, the transfer function and the response spectrum. On the contrary, an integral parameter such as the amplification factor (the ratio between the spectral intensity [Housner, 1952] of the motion at the ground surface and the spectral intensity of the input motion) is less influenced by the above mentioned aspects.
ANALISI NUMERICHE 1D E 2D PER LA PREVISIONE DEGLI EFFETTI SISMICI LOCALI A CITTÀ DI CASTELLO
Madiai C., Simoni G.
Dipartimento di Ingegneria Civile, Università di Firenze
