Lezione 9: Gli effetti di sito, teoria ed esperienze (parte seconda)

Il Bacino di Colfiorito

R

ock S

tati

on

Terremoti Umbria-MarcheSettembre 1997

Magnitudo 3.4

Di Giulio et al., 2003

• Si tratta di effetti complessi che in alcune situazioni possono anche cambiare da terremoto a terremoto.

• Le indagini possono svilupparsi a diversi livelli di complessità.

• Per una corretta quantificazione degli effetti in casi specifici è consigliabile usare più metodi di indagine.

Che cosa stiamo osservando

e come possiamo intervenire?

Metodi empirici (mediante registrazioni di terremoti e rumore ambientale)

Misure in situ

Prospezioni geofisiche

Modellazioni numeriche

Confronto tra H/Href e H/V

Ref

eren

ce S

tati

on

H/V NoisePer la stazione alCentro e per la stazionedi riferimentodel bacino(media)2 8 1064

2 8 1064

Frequency (Hz)

2

4

6

4

8

12

Profili di sismica attiva e geoelettrica (Di Giulio et al., 2003)

Sondaggi e misure in situ

Array Sismici

Esperimenti con array sismici (Progetto EU SESAME)

Vs (m/s) Frequency (Hz)

Dep

th (

m)

Slo

wne

ss (

s/m

)

Misfit scale

Inversione curve di dispersione (Progetto EU SESAME)

0.10.1

0.2

0.5

1

2

5

10

20

H/V

0.2 0.5 1 2 5 10freq (hz)

L

R

0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.06.57.07.58.08.5

slow (

s/km)

0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4freq (hz)

Confronto tra H/V e funzioni di ellitticità (Di Giulio et al., 2006)

Serie temporale non filtrata Serie temporale filtrata a 1 Hz

Progressiva perdita di coerenza dopo le riverberazioni verticali

backazimut 320°

Rapporti spettrali su finestre temporali di diversa durata

T = 4 s

T = 20 s

Misfit scale

Confronto tra rapporti spettrali (curve nere) e funzioni di trasferimento 1D (curve rosse)

In campo lineare, le funzioni di trasferimento 1D calcolate dal profilo di velocità verticale sottostimano le amplificazioni osservate.

I risultati ottenuti con terremoti di bassa magnitudo devono essere utilizzati con cautela per previsioni di forti terremoti (diversa natura del campo d’onda, non-linearità, etc.).

Per tener conto delle variazioni laterali devono essere utilizzati modelli 2D e 3D.

Simulazioni numeriche 3D

Courtesy by Peter Moczo, University of Bratislava

Per riassumere

Siamo sempre in grado di comprendere con questo dettaglio la risposta sismica locale?

•La frequenza di risonanza e la risposta 1D del bacino di Colfiorito si determina facilmente anche con approcci speditivi.

•Un modello 1D non è in grado di descrivere la complessità dei fenomeni riflessa nei dati sismici.

•Tecniche di array consentono lo studio degli effetti 2-3D e permettono stime dei profili di velocità.

•La geometria del bacino necessaria per una corretta modellazione può essere ricavata soltanto tramite indagini geofisiche più complete.

•Visti i forti contrasti di impedenza e e gli spessori non eccessivi (in media tra 50 e 100 metri) il bacino può essere studiato con successo.

Il caso di Nocera Umbra

•Stazione accelerometrica su sito classificato roccioso

•Picchi di accelerazione registrati superiori a 500 cm/s2 per almeno tre eventi della sequenza.

•Le registrazioni accelerometriche forniscono i massimi valori di picco mai registrati dalle stazioni accelerometriche italiane

Rapporti Spettrali tra la stazione di Nocera Umbra e Nocera Umbra Biscontini per gli eventi del 6/10/97 (Colfiorito) e del 14/10/97 (Sellano)

La stazione è installata sul bordo di una zona di faglia caratterizzata dalla presenza di rocce estremamente fratturate.

Tale struttura è in grado di produrre importanti effetti di amplificazione dipendenti anche dall’azimuth dell’evento.

La zona di faglia, caratterizzata da velocità abbastanza elevate delle onde di taglio e da notevoli profondità, è in grado di produrre un forte fenomeno di intrappolamento delle onde sismiche

(Si ringrazia per il filmato il Dott. Arrigo Caserta)

Dopo Colfiorito: il Terremoto del Molise ed il caso di San

Giuliano di Puglia

Scuola Scuola

Chiesa

-30

-20

-10

0

10

20

30

30 40 50

Tempo (s)

-30

-20

-10

0

10

20

30

Acc

eler

azio

ne

(cm

/s2 )

Chiesa

Scuola

Evento del 12/11/2002 Ml=4.2

BEDROCK ESTERNO

CHIESA

SCUOLA

•La complessità delle forme d’oda registrate unita alla mancanza di chiare frequenze di risonanza nei rapporti spettrali suggerisce la presenza di effetti 2-3D complessi.

•Anche la scelta di un sito di riferimento risulta critica vista la presenza probabile di effetti di amplificazione anche nelle zone meno danneggiate di San Giuliano di Puglia

Parametri della Modellazione

Punto di enucleazione

INGV

Orientazione Faglia E-W strike 270 – dip 80

Dimensioni Faglia (km2) 8.0 x 6.4

Vertice superiore (km) 13.7

Magnitudo momento (Mw) 5.7

Parametro di stress (bar) 50

Sottoelementi faglia 20

Dimensione elementi (km) 1.6

Slip omogeneo (m) 0.2

Corner frequency elementi (Hz) 0.9

Velocità onde di taglio (km/s) 3.8

Densità (gr/cm3) 2.9

Spreading geometrico 1/R

Attenuazione anelastica 80 * f 0.7 – 200 * f 0.8

Fattore k0 0.050

Valori di PGA ricavati dalla modellazione

Funzione di Trasferimento PGA* stimati (cm/s2)

Scuola – Chiesa (dati accelerometrici) 75

Scuola – Chiesa (dati velocimetrici) 80

Suola – Sant’Elia a Pianisi (dati accelerometrici) 130

Scuola – Stazione INGV Torr (dati velocimetrici) 161

Chiesa – Stazione INGV Torr (dati velocimetrici) 61

Rapporti H/V Chiesa (dati di microtremore) 64

Rapporti H/V Scuola (dati di microtremore) 75

* Il valore di PGA è il valore limite dello spettro di risposta in PSA calcolato su 100 iterazioni.

INGV

CONCLUSIONI

•I progressi fatti negli ultimi anni nello studio degli effetti di sito sono stati molti ed importanti.

•In caso di bacini alluvionali possiamo cercare di prevedere gli effetti di amplificazione a vari stadi di dettaglio effettuando indagini preliminari basate su approcci multidisciplinari

•Esistono ancora, purtroppo, situazioni geologiche complesse in grado di produrre effetti di sito importanti e non facilmente prevedibili a priori specie con approcci speditivi.