Università Mediterranea di Reggio Calabria

FACOLTA’ DI ARCHITETTURAFACOLTA DI ARCHITETTURAA.A. 2008-2009

“ANALISI DEL RISCHIO GEOLOGICO ED“ANALISI DEL RISCHIO GEOLOGICO ED IDROGEOLOGICO

- Corso A –”

Il Rischio sismico

Dott. M.C. Mandaglio

PERICOLO DERIVANTE DA PROCESSO NATURALE

TERREMOTO RR HH V WV WTERREMOTO R = R = HH V WV W

Movimento improvviso e rapido che si manifesta sullaMovimento improvviso e rapido che si manifesta sulla superficie terrestre con una serie di scosse, dovuto alle onde elastiche originatesi in profondità (nella crosta terreste o nel mantello) a seguito della rottura di unoterreste o nel mantello), a seguito della rottura di uno stato di equilibrio e della conseguente liberazione di energia.

Distribuzione dei terremoti

La litosfera è formata da un insieme di placche rigide in movimento tra loroLa litosfera è formata da un insieme di placche rigide in movimento tra loro.I movimenti tra le placche sono la causa della maggior parte dei terremoti.

Terremoti

La rottura ha inizio nell’ipocentro (o fuoco) e si propaga lungo il piano difaglia, consentendo lo scorrimento relativo dei due lembi di faglia.

Le onde sismiche

La rottura all’interno della terra libera energia sotto forma di ondeelastiche, che vengono registrate dai sismografi

Le onde sismiche

Nell’ipocentro In superficieNell ipocentro In superficie

Onde POnde S

Onde L

Le onde sismiche

Sono caratterizzate da un trasferimento di energia e non da un trasporto di massa.

Onde POnde P, o prime o longitudinali, devono la gloro propagazione a successive fasi di compressione e dicompressione e di espansione delle rocce, per cui le particelle vibrano avanti e indietro nella stessaavanti e indietro nella stessa direzione in cui avviene la propagazione.

Si propagano in qualsiasi mezzo

Le onde sismiche

Onde SOnde S, o seconde o trasversali, sono onde di taglio la vibrazionesono onde di taglio, la vibrazione provoca l’oscillazione delle particelle lungo un piano

di l ll di i diperpendicolare alla direzione di propagazione.

Si propagano soltanto nei solidiSi propagano soltanto nei solidi.

Le onde sismiche

OndeOnde RayleighRayleigh:: si trasmettono inqualsiasi mezzo e producono spostamentiqualsiasi mezzo e producono spostamentiretrogradi e di forma ellittica nel pianoverticale.

OndeOnde LoveLove:: producono spostamentiOndeOnde LoveLove:: producono spostamentiorizzontali, trasversali rispetto alladirezione di propagazione.

Grandezze misurate

La misura delle onde sismiche può avvenire in termini di:

- energia rilasciata all’ipocentro (magnitudomagnitudo) oppureg p ( gg ) pp

- stima degli effetti in superficie (intensitàintensità).

Magnitudo: grandezza collegata alla quantità di energia che le rocce possono accumulareprima di rompersi e all’area della frattura.

Il valore dell’energia effettivamente liberata da un terremoto si ricava dalla magnitudomediante relazioni empiriche che variano a secondo delle aree geografiche e soprattuttogeologiche. In Italia la relazione che si adopera è la seguente:

log E = 9,15 + 2,15 M

con E espressa in erg e M magnitudo delle onde di superficie.

Intensità sismica: Grado di danneggiamento delle strutture e dell’entità dello sconvolgimentodel suolo che si verifica in tutta l’area in cui il terremoto è avvertitodel suolo che si verifica in tutta l area in cui il terremoto è avvertito.

Grandezze misurate

BTaM +⎟⎠⎞

⎜⎝⎛= log

[ ]mterrenodelmovimentoilifi

Aa == μmax

T ⎠⎝

[ ]

[ ]correzionedifattoreB

sneoscillaziodurataTioneamplificaz

==

μ

Grandezze misurate

Accelerazione massima al suolo (Pga): parametro espresso come percentuale

Grandezze misurate

( g ) p p pdell’accelerazione di gravità (g) sulla superficie terrestre. Consente di stimare le forze che agiscono sulle strutture durante i terremoti, con particolare riferimento alle spinte orizzontaliorizzontali, le più pericolose per gli edifici. Strumenti di misura→ accelerografip p p g g f

Per la valutazione della pericolosità sismica, riveste grande importanza l’accelerazione massima al suolo orizzontale

(ossia la componente orizzontale massima della Pga)

Leggi di attenuazione

Le onde sismiche, allontanandosi dall’ipocentro, subiscono un assorbimento progressivo (attenuazione), causato dalla capacità di smorzamento delle rocce e dallo smorzamento geometrico.

Nel calcolo della pericolositàpericolosità sismicasismica è necessario adottare leggi di attenuazione chepermettono di predire l’accelerazione di picco (Pga) in funzione della magnitudop p p ( g ) gdell’evento e della distanza dalla sorgente.Le leggi di attenuazione permettono di calcolare la PGA in ogni punto (x, y) a partireda un terremoto di magnitudo M avvenuto ad una distanza R da (x y) Generalmenteda un terremoto di magnitudo M avvenuto ad una distanza R da (x, y). Generalmentehanno la forma:

PGA = a + b M + c log R

Scala di MCS

Scala empirica suddivisa in gradi di danneggiamento crescente ognuno dei qualiindividuato da una serie di effetti che un certo terremoto riesce a provocare sulle

li tti ll t i i l t it i (d ti i i i)persone, sugli oggetti, sulle costruzioni e sul territorio (dati macrosismici)

Di solito la successione di effetti è la seguente: G dG d didi d i td i tDi solito la successione di effetti è la seguente:

a – effetti psichici e meccanici sugli uomini e sugli animali;

b effetti sugli oggetti;

GradoGrado didi danneggiamentodanneggiamento

b – effetti sugli oggetti;

c – effetti sulle costruzioni;

d – effetti sul suolo;d effetti sul suolo;

e – effetti sulle acque superficiali e sotterranee;

f – effetti geologici e geomorfologici.f effetti geologici e geomorfologici.

Scale di Misura

MCSMCS

Conseguenze dei terremoti

1) Deformazioni1) Deformazioni::⇒danni/distruzioni di: edifici (pubblici, privati);infrastrutture (strade, ferrovie); tubazioni interrate (es oleodotti);tubazioni interrate (es. oleodotti); altre opere antropiche (es. dighe).

=> rotture nel terreno e riattivazione di faglie; innesco di f ( lli) i difrane (es. crolli); innesco di valanghe; modifiche di corsi d’acqua; svuotamento/riempimentod acqua; svuotamento/riempimento di laghi.

Conseguenze dei terremoti

2) Variazioni di pressione dell’acqua2) Variazioni di pressione dell’acqua :2) Variazioni di pressione dell acqua 2) Variazioni di pressione dell acqua : => livello delle falde idriche;

portata/temperatura delle sorgenti; liquefazione dei terreni; innesco di frane (per liquefazione).

3) Tsunami:3) Tsunami:=> distruzioni lungo le coste.

4) Conseguenze sociali, politiche, economiche4) Conseguenze sociali, politiche, economiche: => panico incontrollato;=> panico incontrollato;

criminalità indotta; uso del suolo e del territorio.

Effetti dei terremoti sulla superficie

Isosiste o isosisme

Linee che uniscono i punti di un’area, dove il terremoto è stato risentito con la stessa intensità

Effetti di sito

Effetti di sito

Sono l’amplificazione delle onde sismiche dovuta alla isonan a delle colt i sedimenta ierisonanza delle coltri sedimentarie

La risposta dinamica dei suoli

Modifica dell’accelerazione in corrispondenza di cambiamenti litologici

Effetti di sito

oppure sono dovuti…..alla risonanza dei rilievi topografici

Condizioni di possibileCondizioni di possibile amplificazione locale

caratteri strutturali (a, b);( )

profilo topografico (morfologia) (c, g);

successione stratigrafica (d);

proprietà meccaniche (e f);proprietà meccaniche (e, f);

caratteristiche idrogeologiche (h).

Effetti di sito

Gli effetti di sito sono estremamente pericolosi quando la f eq en a di isonan a del s olo coincide con q ella dellefrequenza di risonanza del suolo coincide con quella delle strutture.

Effetti dei terremoti sulle costruzioni

La sismica storica o MACROSISMICA

Complesso dei dati non strumentali riguardante i terremoti riportati in bibliografia e che necessita di esame criticoriportati in bibliografia e che necessita di esame critico.

FONTI BIBLIOGRAFICHEFONTI BIBLIOGRAFICHEFONTI BIBLIOGRAFICHEFONTI BIBLIOGRAFICHE

- Opere a carattere sismologicoOpere a carattere sismologico: cataloghi sismici, riportano gli elenchi delle scosse sismiche con le descrizioni degli effetti sull’uomo sui manufatti escosse sismiche con le descrizioni degli effetti sull uomo, sui manufatti e sull’ambiente; lavori specifici sui singoli eventi; bollettini sismici, contenenti le informazioni sismiche.

- Opere a carattere storicoOpere a carattere storico: storie, cronache e diari nazionali, regionali e locali, di monasteri e di monumenti; riviste storiche; documenti di archivio(statali, monastici, vescovili, parrocchiali, comunali); iscrizioni applicate sulle(statali, monastici, vescovili, parrocchiali, comunali); iscrizioni applicate sulle chiese e sui monumenti; stampe e opere grafiche in genere, fotografie; giornali.

Le reti sismiche in Italia

Monitorano i fenomeni sismici attraverso la misura delle caratteristiche delle onde sismiche.

In Italia:

Reti sismiche localilocali installate da istituzioni pubbliche enti di- Reti sismiche locali,locali, installate da istituzioni pubbliche, enti di ricerca, università e strutture private;

R t i i i li l t li t d ll’I tit t N i l di- Rete sismica nazionale nazionale centralizzata dell’Istituto Nazionale di Geofisica;

l i l- Rete accelerometrica Enea-Enel >>>>>>>

Le reti sismiche in Italia

La valutazione della pericolosità sismica

LA PREVISIONE

D ? Q d ? I t ità?

Segni precursoriSegni precursori:

Dove? Quando? Intensità?

Segni precursoriSegni precursori:

Deformazioni della superficie del suolo;

Variazione dei campi magnetico ed elettrico terrestri;

Microsismicità;;

Variazione del vP / vS dell’area sottoposta a sforzi;

A t di t i d l d ll f ld ifAumento di concentrazione del radon nelle falde acquifere;

Cambiamento di temperatura e del livello delle falde acquifere;

Comportamento anomalo degli animali.

La previsione

D t i i tiDeterministicanon esistono segni precursori affidabili

- Quando

- Dove

- Quanto grande

Finalizzata a procedure di evacuazione e di emergenza

Statistica

NON FUNZIONA!

Statistica

- Con quale probabilità

- Dove

- Quanto grande

Finalizzata alla prevenzione dei danni da terremoto

FUNZIONA!

LA PREVENZIONE

Si basa sulla valutazione della pericolosità e contribuisce alla gestione del rischio sismico, minimizzandoneminimizzandone i danni e grazionalizzando razionalizzando l’uso del territorio.

Permette di elaborare:

- Norme costruttive

- Norme di rafforzamento e adeguamento dell’edilizia esistente

I i di PREVENZIONE i t iI programmi di PREVENZIONE consistono in:

- Regolamentazione (Classificazione sismica del territorio nazionale);

- Intervento;

Educazione- Educazione.

LA STIMA DEL RISCHIO SISMICO

SEISMIC RISK

La classificazione sismica del territorio nazionale (2003)

Presidenza del Consiglio dei Ministri, Ordinanza n. 3274:“Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazionesismica del territorio nazionale e di normative tecniche per lesismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica” (Roma, 20 marzo 2003)

1) Individuazione di 4 Zone4 Zone, sulla base di altrettanti valori di accelerazioni orizzontali (ag/g) di ancoraggio dello spettro di risposta ( g g) gg p pelastico, in funzione delle norme progettuali e costruttive da applicare.2) Individuazione per ciascuna zonaper ciascuna zona di valori di accelerazione di piccopicco orizzontale del suolo (ag) con probabilità di superamento del 10 % i 50 i10 % in 50 anni.

N.B. Recenti proposte di modifiche

Classificazione sismica del territorio nazionale: Italia meridionale

Ordinanza 3274 del 2003Ad tt tt i di ti di t d lld ll i l itài l ità i ii i il l di iAdotta come parametroparametro indicatoreindicatore delladella pericolositàpericolosità sismicasismica, il valore di picco

dell’accelerazioneaccelerazione orizzontaleorizzontale alal suolosuolo (Pga)(Pga) con periodo di ritorno di 475 anni(collassocollasso) e 95 anni (dannodanno strutturalestrutturale) che corrisponde ad una probabilità disuperamento del 10% in 50 anni e in 10 anni rispettivamente.superamento del 10% in 50 anni e in 10 anni rispettivamente.

Territorio nazionale diviso in quattro zone, ognuna caratterizzata da uno specificovalore di “accelerazione orizzontale di ancoraggio dello spettro di risposta

A l i i t l di

valore di accelerazione orizzontale di ancoraggio dello spettro di rispostaelastico”.

Zonasismica

Accelerazione orizzontale conprobabilità di superamento pari al10% in 50 anni (ag/g)

Accelerazione orizzontale di ancoraggio dello spettro di risposta elastico (Norme Tecniche) (ag/g)

1 > 0,25 0,35

2 0 15 0 25 0 252 0,15 – 0,25 0,25

3 0,05 – 0,15 0,15

4 < 0,05 0,05

Norme tecniche per le costruzioni (2008)

Sono appena entrate in vigore le nuove Norme Tecniche per leSono appena entrate in vigore le nuove Norme Tecniche per leSono appena entrate in vigore le nuove Norme Tecniche per le Sono appena entrate in vigore le nuove Norme Tecniche per le Costruzioni (2008) che prevedono obbligatoriamente, per tutto il territorio Costruzioni (2008) che prevedono obbligatoriamente, per tutto il territorio nazionale la classificazione dei suoli di fondazione in categorie su base nazionale la classificazione dei suoli di fondazione in categorie su base ggsismicasismica

Questa classificazione deve essere fornita prima della costruzione di Questa classificazione deve essere fornita prima della costruzione di qualsiasi opera e in qualsiasi parte d’Italia. qualsiasi opera e in qualsiasi parte d’Italia. q p q pq p q p

E’ comune anche a molti altri paesi europei ed extraE’ comune anche a molti altri paesi europei ed extra--europei (USA, Cina, europei (USA, Cina, India).India).d a).d a).

La legge vuole si classifichino i terreni di fondazione in 5 classi (+ 2) in base al valore di v 30.base al valore di vs30.

Vs30 = velocità media di propagazione delle onde di taglio nei p p g gprimi 30 metri di profondità

=30Vs30∑

=

= N1i VihiVs30

= N1,i Vidove:dove: hi = spessore dello strato i-esimo in metriVi = velocità delle onde di taglio dello strato i-esimo, per un totale di N strati, presenti nei primi 30 metri di profonditàpresenti nei primi 30 metri di profondità.

Se non si hanno valori di Vs, il sito sarà classificato con NsptSe o s a o a o d s, s to sa à c ass cato co spt

Categorie di suolo di fondazione

CATEGORIE LITOTIPI E CARATTERI GEOMECCANICI

A Formazioni litoidi o terreni omogenei molto rigidi comprendenti eventuali stratidi alterazione di spessore massimo pari a 5 metri.di alterazione di spessore massimo pari a 5 metri.Vs30 > 800 m/s

B Ghiaie e sabbie molto addensate o Argille sovraconsolidate molto consistenti, con spessori superiori ai 30 metri, con progressivo miglioramento delle proprietà p p , p g g p pgeomeccaniche con la profondità.Vs30: 800 ÷ 360 m/s; oppureNspt > 50 oppure Cu > 250 KPa

C Sabbie e ghiaie mediamente addensate o Argille di media consistenza, con spessori variabili da oltre 30 fino a più di 100 metri.Vs30: 360 ÷ 180 m/s; oppureN : 50 ÷ 15 oppure Cu: 250 ÷ 70 KPaNspt: 50 ÷ 15 oppure Cu: 250 ÷ 70 KPa

D Terreni granulari da poco addensati a sciolti, Terreni coesivi da mediamente a poco consistenti.Vs30 < 180 m/s;Vs30 < 180 m/s;Nspt < 15 oppure Cu < 70 KPa

E Successioni stratigrafiche costituite da terreni alluvionali poco addensati osciolti, o poco consistenti., pVs30 ≈ a quelli delle categorie C o D e spessore compreso tra 5 e 20 metri,giacenti su un substrato rigido (Vs30 > 800 m/s)

CATEGORIE di suoli di fondazione SOGGETTE A STUDI SPECIALI

CATEGORIE LITOTIPI E CARATTERI GEOMECCANICI

S1 DepositiDepositi argilloargillo--limosilimosi aa bassabassa consistenzaconsistenza, anche quandocostituiscono intercalazioni di almeno 10 metri di spessore inlitotipi più consistenti.

IP > 40Vs30< 100 m/sCu: 20÷ 10 KPaCu: 20÷ 10 KPa

T iT i ttitti li f ili f i illill itiiti l i iS2 TerreniTerreni soggettisoggetti aa liquefazione,liquefazione, argilleargille sensitivesensitive o qualsiasicategoria di terreno non classificabile tra quelle precedenti

FenomeniFenomeni indottiindotti:: ii maremotimaremoti oo TsunamiTsunami

Sono onde lunghelunghe che si propagano in acqua con periodoSono onde lunghelunghe che si propagano in acqua con periodo generalmente compreso fra 5 e 60 minuti5 e 60 minuti.

P t dPossono essere generate da:

- Eruzioni vulcaniche;

- Frane sottomarine;

Crolli di roccia in mare;- Crolli di roccia in mare;

- Forti terremoti sottomarini (≥ 7 magnitudo Scala Richter).

FenomeniFenomeni indottiindotti:: ii maremotimaremoti oo TsunamiTsunami

1) Spostamento di una grande massa d'acqua a seguito di un: terremoto ) Sposta e to d u a g a de assa d acqua a segu to d u : te e otosottomarino, crollo di roccia in mare, ecc..

2) Propagazione progressiva e creazione di onde lunghelunghe (qualche centinaia di chilometri) e di grande duratadurata (qualche decina di minuti).

3) Sollevamento ulteriore dell’enorme massa d'acqua che spostandosi in prossimità della costa incontra n fondale marino sempre più basso e tende aprossimità della costa incontra un fondale marino sempre più basso e tende a sollevarsi ulteriormente.

FenomeniFenomeni indottiindotti:: ii maremotimaremoti oo TsunamiTsunami

La forza distruttiva dipende dall'altezza di colonna d'acqua sollevatadall'altezza di colonna d'acqua sollevata. Un terremoto in pieno oceano può essere estremamente pericoloso, perché può sollevare e spostare tutta l'acqua presente al di sopra del fondale marinofondale marino