07 Azione Sismica e Terreno

Giornata di studio 15 Dicembre 2009

1

INTRODUZIONE ALL’INGEGNERIA

GEOTECNICA SISMICA

AZIONE SISMICA E TERRENO

Diego Lo Presti e Nunziante Squeglia

Dipartimento di Ingegneria Civile

Università di Pisa


2

INDICE

• INTRODUZIONE

• ELEMENTI DI SISMOLOGIA

• PERICOLOSITA’ DI BASE ED EFFETTI

LOCALI

• MODIFICA MOTO SISMICO

– RISPOSTA SISMICA

– NORMATIVA


3

GEOTECNICA SISMICA


4

GEOTECNICA SISMICA


5

GEOTECNICA SISMICA


6

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


7

ELEMENTI DI SISMOLOGIA


8

ELEMENTI DI SISMOLOGIA

• CAUSE REMOTE DEI SISMI

• MISURA DEI TERREMOTI

– PARAMETRI MACROSISMICI

– MISURE STRUMENTALI


9

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)


10

ONDE DI VOLUME (BOLT 1988)


11

ONDE DI SUPERFICIE (BOLT 1988)


12

STRUTTURA INTERNA DELLA TERRA


13

SCHEMA: ATTIVITA’ TETTONICA


14

6 ZOLLE CONTINENTALI, 14 SUB-

CONTINENTALI, NUMEROSE MICROZOLLE

(FOWLER 1990)


15

ATTIVITA’ SISMICA NEL MONDO (BOLT

1988)


17

MISURA TERREMOTI


18

ISOSISME


19

PARAMETRI MACROSISMICI: INTENSITA’


20

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


21

MAGNITUDO DEL MOMENTO:

Mw=LogMo/1.5 – 10.7 (dyne-cm)


22

LOCALIZZAZIONE DI UN SISMA:

TERMINOLOGIA


23

LOCALIZZAZIONE DI UN SISMA:

d=Dtp-s/(1/Vs-1/Vp)


24

MISURE STRUMENTALI

• TRE COMPONENTI DI MOTO (EW, NS,

UD)

• PARAMETRI DI SCUOTIBILITA’

– AMPIEZZA

– FREQUENZA

– DURATA


25

MISURE STRUMENTALI

gumkuucum

222

2

g 21u

u

ng / m/kn km2/c

222

g 21

1

u

u


26

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


27

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


28

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


29

ESEMPIO DI REGISTRAZIONE (TIME

HISTORY)


30

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


31



/)(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


32



/)(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)


33


FREQUENZA

• SPETTRO DI FOURIER

• SPETTRO DI POTENZA

• SPETTRO DI RISPOSTA

1n

nnno )t(sencc)t(x

d

2

n

T

c)(G


34

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


35

SPETTRO DI FOURIER (FORMA TIPICA)


36

SPETTRO DI RISPOSTA: DEFINIZIONE


37

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


38


RISPOSTA

0

20

40

60

80

100

120

0 1 2 3

Periodo (s)

PS

V r

ela

tiv

a c

m/s


39


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

)


42

PERICOLOSITA’ DI BASE


43

PERICOLOSITA’ (PROBABILISTICO)


44

INCERTEZZA SPAZIALE: FUNZIONE DENSITA’

DI PROBABILITA’ (1)


45

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


48

LEGGI DI RICORRENZA (3)

omax

omaxom

mmexp1

mmexpmmexp

)mexp( o maxo mmm

omax

oM

mmexp1

mmexp1)m(F

omax

oM

mmexp1

mmexp)m(f


49

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


50

ZONAZIONE ZS9


51

PERICOLOSITA’ SISMICA: ZONE

SISMOGENETICHE (MENSI 2003)


52

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


53

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


54

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


55

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


56

DE AGGREGAZIONE


57

DE-AGGREGAZIONE PERICOLOSITA’ (LAI ET AL: 2005)


58

VECCHIA E NUOVA ZONAZIONE


59

ANALISI DI RISPOSTA SISMICA


60

EFFETTI DI SITO: STRATIGRAFIA


61

EFFETTI DI SITO: TOPOGRAFIA


62

Amplificazioni PGA osservate e calcolate


63

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


64

GEOMETRIA E CINEMATICA 1D


65

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)


66


67


68


69


70


71


72

APPROCCIO SEMPLIFICATO E

NORMATIVA


73

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 %)


74

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


75

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

http://essel.mi.ingv.it/


76

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


77

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


78

PERICOLOSITA’ DI BASE

• NTC XLS

• SPALLAROSSA E BARANI

• REXEL


79

De – aggregazione (Spallarossa – Barani): MAGNITUDO

1) MEDIA, 2) MODA


80

De – aggregazione (Spallarossa – Barani): DISTANZA

1) MEDIA, 2) MODA

07 Azione Sismica e Terreno

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