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Giornata di studio 15 Dicembre 2009
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INTRODUZIONE ALL’INGEGNERIA
GEOTECNICA SISMICA
AZIONE SISMICA E TERRENO
Diego Lo Presti e Nunziante Squeglia
Dipartimento di Ingegneria Civile
Università di Pisa
Giornata di studio 15 Dicembre 2009
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INDICE
• INTRODUZIONE
• ELEMENTI DI SISMOLOGIA
• PERICOLOSITA’ DI BASE ED EFFETTI
LOCALI
• MODIFICA MOTO SISMICO
– RISPOSTA SISMICA
– NORMATIVA
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TESTI CONSIGLIATI
• KRAMER S.K., GEOTECHNICAL
EARTHQUAKE ENGINEERING, PRENTICE
HALL
• AA.VV MANUAL FOR ZONATION ON SEISMIC
GEOTECHNICAL HAZARDS. TC4 ISSMGE, JGS
• SILVESTRI E LANZO RISPOSTA SISMICA
• LAI ET AL. INPUT SISMICO E STABILITA’
GEOTECNICA DEI SITI DI COSTRUZIONE
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ELEMENTI DI SISMOLOGIA
• CAUSE REMOTE DEI SISMI
• MISURA DEI TERREMOTI
– PARAMETRI MACROSISMICI
– MISURE STRUMENTALI
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CAUSE REMOTE
• ROTTURE (PROFONDE < 700 Km) DELLA
CROSTA TERRESTRE;
• PROPAGAZIONE (DAL FUOCO) DI ONDE
DI VOLUME E DI SUPERFICIE
• TEORIA DELLA TETTONICA A ZOLLE
(LA PIU’ ACCREDITATA)
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6 ZOLLE CONTINENTALI, 14 SUB-
CONTINENTALI, NUMEROSE MICROZOLLE
(FOWLER 1990)
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MAGNITUDO
• Locale (Richter 1935; d < 600 Km)
– ML=LOG(Amax)-LOG(Ao)
• Onde Superficie (Gutemberg e Richter 1956, d > 1000 Km)
– MS= LOG(Amax)+1.66·LOG(D)+2.0
• Onde Volume (Gutemberg 1945 fuoco>70 Km)
– mb=LOG(Amax)-LOG(T)+0.01·D+5.9
• Locale (JMA, onde di lungo periodo)
– MJMA
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MISURE STRUMENTALI
• TRE COMPONENTI DI MOTO (EW, NS,
UD)
• PARAMETRI DI SCUOTIBILITA’
– AMPIEZZA
– FREQUENZA
– DURATA
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MISURE STRUMENTALI
gumkuucum
222
2
g 21u
u
ng / m/kn km2/c
222
g 21
1
u
u
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RAPPORTO SPOSTAMENTO TRACCIA –
SPOSTAMENTO AL SUOLORapporto di risposta (spostamento)
0.1
1
10
0.1 1 10
tra
cc
ia/s
po
sta
me
nto
su
olo
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RAPPORTO SPOSTAMENTO TRACCIA –
ACCELERAZIONE AL SUOLORapporto di risposta (accelerazione)
0.1
1
10
0.01 0.1 1 10
n
trac
cia
/acc
ele
razio
ne
su
olo
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ESEMPIO DI REGISTRAZIONE (DIGITALE)
COMP : DU UNCORRECTED DATA 10-10-2000
AUTOMATIC DIG. FIX SAMPLING TIME : 0.00423000
FT AND FC SUBTRACTED .000 .000 HZ
AMAX : -63.976 CM/SEC**2 TIME (AMAX) : 3.060 SEC
TOTAL DURATION : 41.510 SEC RMS : 6.925 CM/SEC**2
UNITS ARE : SEC CM/SEC**2 POINTS : 8303
-16.050000
-21.490000
-22.050000
-17.450000
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PARAMETRI DI SCUOTIBILITA’:
AMPIEZZA (PHA, PVA, PHV, PD)
/)(x)(x 2/)(x/)(x)(x
-0.20
-0.15
-0.10
-0.05
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0 5 10 15 20 25 30
Tempo (s)
Accel
era
zio
ne m
/s2
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PARAMETRI DI SCUOTIBILITA’:
AMPIEZZA (PHA, PVA, PHV, PD)
/)(x)(x 2/)(x/)(x)(x
-0.02
-0.01
-0.01
0.00
0.01
0.01
0.02
0 5 10 15 20 25 30
Tempo (s)
Velo
cit
à m
/s
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PARAMETRI DI SCUOTIBILITA’:
AMPIEZZA (PHA, PVA, PHV, PD)
/)(x)(x 2/)(x/)(x)(x
-0.25
-0.20
-0.15
-0.10
-0.05
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0 5 10 15 20 25 30
Tempo (s)
Sp
osta
men
to (
cm)
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PARAMETRI DI SCUOTIBILITA’:
FREQUENZA
• SPETTRO DI FOURIER
• SPETTRO DI POTENZA
• SPETTRO DI RISPOSTA
1n
nnno )t(sencc)t(x
d
2
n
T
c)(G
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SPETTRO DI FOURIER (AMPIEZZA)
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0 5 10 15 20 25Frequenza (Hz)
Am
pie
zza
g-s
ec
suolo
roccia
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RAPPRESENTAZIONE DELLO SPETTRO DI
RISPOSTA
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
0 1 2 3
Periodo (s)
PS
A (
g)
Roccia
Suolo
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RAPPRESENTAZIONE DELLO SPETTRO DI
RISPOSTA
0
20
40
60
80
100
120
0 1 2 3
Periodo (s)
PS
V r
ela
tiv
a c
m/s
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RAPPRESENTAZIONE DELLO SPETTRO DI
RISPOSTA
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 1 2 3
Periodo (s)
Sp
os
tam
en
to r
ela
tiv
o (
cm
)
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INCERTEZZA SPAZIALE: FUNZIONE DENSITA’
DI PROBABILITA’ (2)
• Sorgente puntiforme
• Sorgente lineare fL(l)dl=fR(r)dr
– fL(l)=1/Lf ; l2=r2-r2
min ; fR(r)=r/Lf(r2-r2
min )0.5
• Sorgente areale
– Approccio numerico
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LEGGI DI RICORRENZA (3)
omax
omaxom
mmexp1
mmexpmmexp
)mexp( o maxo mmm
omax
oM
mmexp1
mmexp1)m(F
omax
oM
mmexp1
mmexp)m(f
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CORRELAZIONI PER LA STIMA DEI
PARAMETRI DI SCUOTIBILITA’• RELAZIONI DI ATTENUAZIONE
– AMBRASEYS ET AL. 1996
– SABETTA E PUGLIESE 1996
PSbSb)d(LogbMbb)y(Log sSAA4s21
2211 SeSe)d(cLogbMa)y(Log
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PERICOLOSITA’ SISMICA: ANALISI DI
COMPLETEZZA (MENSI 2003)Analisi di completezza Classe II (4<=M<4.5)
0
50
100
150
200
250
300
1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Tempo (anni)
Nu
me
ro c
um
ula
tiv
o d
i ev
en
ti (#
)
Classe 4<=M<4.5
1880
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PERICOLOSITA’ SISMICA: LEGGE DI
RICORRENZA (MENSI 2003)
y = -0.8926x + 4.0209
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
0 1 2 3 4 5 6 7
Magnitudo locale (ML)
Lo
g N
. e
ve
nti
no
rma
lizza
to
eventi
regressione lin eventi
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ESEMPIO E CURVE DI PERICOLOSITA’
• Probabilità che si verifichi un terremoto (M)
• Probabilità che si verifichi ad una data distanza (R)
• Probabilità che l’accelerazione al suolo (M-R) sia superiore ad un valore di
target (distribuzione normale)
• Tasso annuale di superamento
• Probabilità che un certo livello di accelerazione sia superato in un certo
intervallo di tempo (Modello Poisson)
*)z(F1)R,M*aPHA(P z
yln)(
)PHAln(*aln*z
T
)*yYP1ln( T*y
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PERICOLOSITA’ SISMICA: PHGA (Mensi 2003)
Castelnuovo G.na
Analisi di pericolosità sismica
10
100
1000
10000
0.01 0.1 1
PGA [g]
Tr[
ann
i] s igma = 0.25
sigma = 0
0.217
475
0.246
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SPETTRO DI RISPOSTA: TERRENO
SOFFICE
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
0 1 2 3
Periodo (s)
PS
A (
g) Roccia
Suolo
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CODICI DI CALCOLO DISPONIBILI
• 1D: GEOMETRIA E CINEMATICA
– LINEARI EQUIVALENTI
• TENSIONI TOTALI (SHAKE, EERA)
– NON-LINEARI
• TENSIONI TOTALI (CHARSOIL, MASH, NONLI3, TESS1, NERA, ONDA);
• TENSIONI EFFICACI (DESRA-2C, DESRAMOD);
– NON-LINEARI AVANZATI (DYNA 1-D, CYCLIC 1-D, CYBERQUAKE)
• 2D – 3D: (QUAD4M, GEFDYN)
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STATI LIMITE – AZIONE SISMICA
• VR = VN * CU (10 – 50 – 100) (0.7 – 1.0 – 1.5 –
2.0) (VR > 35)
• SLO (81%)
• SLD (63 %)
• SLU (10 %)
• SLC (5 %)
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NORMATIVA: FORMA SPETTRO (H1,H2)
• 0<T<TB
• TB<T<TC
• TC<T<TD
• T>TD
6.1)g/a(4T gD )5/(10
/)T/T1(FT/TFSa)T(S BoBoge
oge FSa)T(S
)T/T(FSa)T(S Coge
)T/TT(FSa)T(S2
DCoge
TS SSS *
CCC TCT 3/TT CB
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AZIONE SISMICA
• agR(Tr)
(http://essel.mi.ingv.it)
(CSLP - allegato norma)
• Ss(Vs30, Fo)
• ST (1.0 – 1.2 – 1.4) 20.1/40.040.1 gaF gRo
50.1/60.070.1 gaF gRo
80.1/50.140.2 gaF gRo
60.1/10.100.2 gaF gRo
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CATEGORIE DI SUOLO
SUOLO Vs,30 Nspt – Cu (kPa)
A: (Formazioni litoidi o suoli omogenei
molto rigidi)
> 800
B: Granulari molto addensati, fini molto
consistenti
360 –
800
>50
>250
C: Granulari mediamente addensati, fini
mediamente consistenti
180 -
360
15 – 50
70 - 250
D: Granulari poco addensati, coesivi poco
consistenti
< 180 < 15
< 70
E: Depositi alluvionali tipo C, D con
spessore 5-20 m su suolo tipo A
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ALTRE CATEGORIE
• S1 Vs,30 < 100 m/s ; 10 < Cu,30 < 20 kPa, strato
di almeno 8 m di terreni a grana fina di bassa
consistenza, , oppure almeno 3 m di torba o
argille altamente organiche.
• S2: depositi liquefacibili o argille sensitive o
altre categorie di suolo diverse dalle precedenti
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PERICOLOSITA’ DI BASE
• NTC XLS
• SPALLAROSSA E BARANI
• REXEL
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De – aggregazione (Spallarossa – Barani): MAGNITUDO
1) MEDIA, 2) MODA