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MICROZONAZIONE SISMICA: MICROZONAZIONE SISMICA: PRINCIPI GENERALI E APPLICAZIONI PRINCIPI GENERALI E APPLICAZIONI
NEL TERRITORIO PIEMONTESENEL TERRITORIO PIEMONTESE
FlorianaFloriana PergalaniPergalani, Massimo Compagnoni , Massimo Compagnoni
Politecnico di Milano, Dipartimento di Ingegneria Strutturale, MPolitecnico di Milano, Dipartimento di Ingegneria Strutturale, Milanoilano
19821982--2012 La Prevenzione del Rischio Sismico in Piemonte2012 La Prevenzione del Rischio Sismico in Piemonte
Torino, 26 ottobre 2012Torino, 26 ottobre 2012
• Valutazione dei fattori di amplificazione e instabilità:• modificazioni del moto del suolo per effetti
geologici e geomorfologici• Individuazione delle zone che producono
amplificazioni e instabilità• Esperienze in passati terremoti• Catalogazione delle situazioni tipo e
valutazione degli effetti
Effetti localiEffetti locali
Sigla SCENARIO PERICOLOSITA’ SISMICA LOCALE EFFETTIZ1a Zona caratterizzata da movimenti franosi attivi Z1b Zona caratterizzata da movimenti franosi quiescenti
Z1c Zona potenzialmente franosa o esposta a rischio di frana
Instabilità
Z2 Zone con terreni di fondazione particolarmente scadenti (riporti poco addensati, terreni granulari fini con falda superficiale)
Cedimenti e/o liquefazioni
Z3a Zona di ciglio H > 10 m (scarpata con parete subverticale, bordo di cava, nicchia di distacco, orlo di terrazzo fluviale o di natura antropica)
Z3b Zona di cresta rocciosa e/o cocuzzolo: appuntite - arrotondate
Amplificazioni topografiche
Z4a Zona di fondovalle con presenza di depositi alluvionali e/o fluvio-glaciali granulari e/o coesivi
Z4b Zona pedemontana di falda di detrito, conoide alluvionale e conoide deltizio-lacustre
Z4c Zona morenica con presenza di depositi granulari e/o coesivi (compresi le coltri loessiche)
Z4d Zone con presenza di argille residuali e terre rosse di origine eluvio-colluviale
Amplificazioni litologiche e geometriche
Z5 Zona di contatto stratigrafico e/o tettonico tra litotipi con caratteristiche fisico-meccaniche molto diverse
Comportamenti differenziali
Effetti localiEffetti locali
In funzione della scala di lavoro e dei risultati che si intende ottenere:
• Approccio qualitativo – Livello 1 (ICMS)
• Approccio semiquantitativo – Livello 2 (ICMS)
• Approccio quantitativo – Livello 3 (ICMS)
Indirizzi e Criteri per la Microzonazione SismicaIndirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica
Le microzone sono distinte in:
Zone stabili, senza effetti di modificazione del moto sismico rispetto ad un terreno rigido (Vs ≥800 m/s) e pianeggiante (pendenza < 15°)
Zone stabili suscettibili di amplificazioni locali:• amplificazioni litostratigrafiche per Vs<800 m/s e spessori >5 m• amplificazioni topografiche
Zone suscettibili di instabilità (instabilità di versante, liquefazioni, faglie attive e capaci, cedimenti differenziali)
Livello 1
Indirizzi e Criteri per la Microzonazione SismicaIndirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica
Livello 1Studio propedeutico e obbligatorio per affrontare i successivi livelli di approfondimento
Indagini
• raccolta dei dati pregressi: rilievi geologici, geomorfologici, geologico-tecnici e sondaggi
• campagna di indagini esplorative
Elaborazioni
• sintesi dei dati e delle cartografie disponibili
Prodotti
• carta delle indagini
• carta geologico tecnica e sezioni
• carta delle microzone omogenee in prospettiva sismica (Mops), scala 1:5000-1:10.000
• relazione illustrativa
Indirizzi e Criteri per la Microzonazione SismicaIndirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica
Carta di microzonazione sismica con metodi semplificati
Zone stabili e zone stabili suscettibili di amplificazioni locali, caratterizzate da fattori di amplificazione relativi a due periodi dello scuotimento derivati dagli abachi (FA ed FV)
Zone di deformazione permanente, caratterizzate da parametri semi-quantitativi
Livello 2
Indirizzi e Criteri per la Microzonazione SismicaIndirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica
Risolve le incertezze del livello 1 con approfondimenti
Fornisce quantificazioni numeriche degli effetti con metodi semplificatiIndagini
• indagini geofisiche in foro (DH/CH), sismica a rifrazione, analisi con tecniche attive e passive per la stima delle Vs, microtremori ed eventi sismici
Elaborazioni
• correlazioni e confronti con i risultati del livello 1, revisione del modello geologico, abachi per i fattori di amplificazione
Prodotti
• carta delle indagini
• carta di microzonazione sismica
• relazione illustrativa
Livello 2
Indirizzi e Criteri per la Microzonazione SismicaIndirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica
Il livello non è applicabile nel caso di:• forme sepolte (amplificazioni 2D)• inversioni di velocità (rigido su soffice)• forte contrasto di impedenza
Gli abachi dovrebbero essere regionalizzati a partire da:• input sismici (studi di pericolosità di base)• modelli litologici• curve di decadimento del modulo di taglio (G) e di incremento del
rapporto di smorzamento (D) con la deformazione, per ciascun litotipo• profili di Vs• valori del Fattore di amplificazione FH calcolato come rapporto di
intensità spettrale sugli spettri di risposta in accelerazione di output ed input considerando i periodi tra 0.1-0.5 s
• confronto con valori di soglia comunali (SH) calcolati come gli FH derivanti dagli spettri delle NTC per le varie categorie di suolo ed eventuale prescrizione dell’applicazione del livello 3 se FH > SH
Livello 2
Indirizzi e Criteri per la Microzonazione SismicaIndirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica
Indirizzi e Criteri per la Microzonazione SismicaIndirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica
Livello 3Carta di microzonazione sismica con approfondimenti
Zone stabili e zone stabili suscettibili di amplificazioni locali, caratterizzate da spettri di risposta e relativi fattori di amplificazione
(approccio numerico e/o sperimentale)
Zone di deformazione permanente, caratterizzate da parametri quantitativi (spostamenti e aree accumulo per frana, calcolo dell’indice del potenziale di liquefazione)
(approccio numerico e/o monitoraggio strumentale)
Indirizzi e Criteri per la Microzonazione SismicaIndirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica
MS1
MS2
Abachiregionalizzati
AbachiICMS
Graduatorie ai finiurbanistici
MS3 ObbligoRSL
Procedura semplificata
NTC con utilizzo categoria di sottosuolo
individuata
Spettri elastici
Confronto FH(0.1-0-5s)
PIANIFICAZIONE PROGETTAZIONE
Confronto spettri elastici
Studi di microzonazione sismica sul territorio regionale, in attuazione dei disposti dell’art. 2, comma 1, lettera a) dell’O.P.C.M. n. 3907/2010, di livello 1 degli Indirizzi e criteri per la Microzonazione Sismica, secondo quanto previsto nell’allegato A della D.G.R. n. 17 – 2172 della Regione Piemonte.
L’elaborato tecnico di riferimento per l’esecuzione degli studi è rappresentato dai già citati “Indirizzi e criteri per la Microzonazione Sismica (ICMS)”.
Per la redazione degli elaborati cartografici e l'organizzazione delle informazioni, i documenti di riferimento sono stati gli “Standard di rappresentazione e archiviazione informatica”, elaborati dalla Commissione Tecnica per il monitoraggio degli studi di Microzonazione Sismica e rappresentati dai documenti di seguito elencati:“Specifiche tecniche per la redazione in ambiente Gis degli elaborati cartografici della microzonazione sismica”(http://www.protezionecivile.gov.it/resources/cms/documents/STANDARD_CTMS_V1_5.pdf)“Simbologia per la stesura della Carta delle indagini secondo quanto previsto dagli Indirizzi e Criteri per la microzonazione sismica”(http://www.protezionecivile.gov.it/resources/cms/documents/CartaIndaginiSimboli_V1_5.pdf).
Applicazione livello 1Applicazione livello 1
Le attività fondamentali del progetto:
• raccolta di tutti i dati geologici, geomorfologici, geologico-tecnici, sondaggi, indagini geofisiche;
• esecuzione di rilevamenti geologici di controllo sul terreno necessari alla ricostruzione dell’assetto geologico a scala locale;
• per alcune zone suscettibili di amplificazioni locali ritenute significative, sono state eseguite indagini con tecnica HVSR, finalizzate a verificare la frequenza naturale del sito;
• al fine di interpretare in termini di spessori i dati acquisiti con tecnica HVSR, per la ricostruzione del modello geologico e geotecnico del terreno, sono state eseguite indagini di sismica superficiale con metodologia MASW, quando non si disponeva di dati geofisici esistenti, espressi in termini di valori di Vs.
Applicazione livello 1Applicazione livello 1
I prodotti sono consistiti in:
Carta geologico-tecnica (scala 1:5000) corredata da sezioni geologiche significative, orientate sia trasversalmente sia longitudinalmente ai principali elementi geologici. Nella carta sono riportati anche i valori delle frequenze fondamentali dei depositi (HVSR, basate su registrazioni di rumore);
Carta delle Indagini (scala 1:5000) dove sono state indicate le prove pregresse e quelle di nuova esecuzione; tutte le prove sono state classificate in base al tipo ed alla profondità raggiunta;
Carta delle microzone omogenee in prospettiva sismica (MOPS) (scala 1:5000) dove sono indicate le diverse aree suscettibili di amplificazione sismica, dove si ritiene necessario effettuare ulteriori indagini ed analisi e i relativi livelli di approfondimento;
Banche dati contenenti i dati relativi alle carte prodotte;
Relazione illustrativa dove sono descritte in dettaglio le metodologie di studio utilizzate, i risultati ottenuti, le cartografie e le banche dati prodotte.
Applicazione livello 1Applicazione livello 1
Aree investigateAree investigate
Sant’Antonino di Susa
Torre Pellice
Pinerolo
Perosa Argentina
Applicazione livello 1Applicazione livello 1
PineroloPineroloCarta Geologico-Tecnica
2
3
5
6
14
PineroloPineroloCarta Geologico-Tecnica
Le unità litologiche:Deposito alluvionale a granulometria mista (ghiaie e sabbie, spessore variabile dai 20 ai 60 m, parametri geotecnici: peso di volume pari a 19-20 kN/mc, angolo di attrito pari a 40°-42° e coesione nulla. I valori medi delle velocità delle onde di taglio (Vs) sono di 400/500 m/s)
Deposito eluvio-colluviale (limi e sabbie sciolte, localmente coesive, parametri geotecnici: peso di volume pari a 18-19 kN/mc, angolo di attrito pari a 38°-40° e coesione pari a 0-10 kPa)
Substrato lapideo scistoso
La carta riporta anche l’area caratterizzata dalla falda freatica con una profondità minore di 15 m
Le indagini reperite: sismica superficiale e geognostiche (prove penetrometriche, sondaggi, pozzetti esplorativi e pozzi per acqua) classificate in base alla profonditàraggiunta; sono contraddistinte anche le indagini che raggiungono il substrato rigido.Nell’area di studio sono state effettuate, indagini HVSR (6 siti)
PineroloPineroloCarta delle Indagini
pozzi per acqua;prove penetrometriche;sondaggi a carotaggio continuo, con campioni, SPT, DH;trincee o pozzetti esplorativi; indagini HVSR;indagini MASW;sismica a rifrazione
PineroloPinerolo
Punto 1a 1b 2a 2b 3a 3b 4a 4b 5a 5b 6a 6b F0 3.1 nf nf 1.2 nf nf nf nf 1.6 nf nf nf
1a 2a
2b 3a 3b
4a 4b
1b
5a
5b 6a 6b
PineroloPineroloCarta delle microzone omogenee in prospettiva sismica
PineroloPineroloCarta delle microzone omogenee in prospettiva sismica
Zone stabili (Zona 1)
Zone stabili suscettibili di amplificazioni locali (Zona 2, 3, 4, 5, 6 e 7)
Zone suscettibili di instabilità di versante: due corpi attivi di colamento, un corpo attivo di scorrimento e un corpo quiescente di colamento
Forme di superficie quali i conoidi alluvionali, gli orli di terrazzi fluviali e di scarpata morfologicacon altezze variabili dai 10-20 m, le linee di cresta e i picchi isolati
Area è caratterizzata da orizzonti piano paralleli, si può prevedere l’applicazione di indagini di livello 2, come previsto dagli ICMS, previo approfondimento di indagine
Progetto per ciascun comune:
Carte e relative tabelle
Tabelle delle indagini puntuali
Tabelle delle indagini lineari
Tabelle dei parametri sismici e geotecnici
Relazioni pregresse
Relazioni finali
Banche datiBanche dati
FlorianaFloriana PergalaniPergalaniMassimo CompagnoniMassimo Compagnoni
Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia
Giuseppe Di CapuaGiuseppe Di CapuaGiuseppe Di GiulioGiuseppe Di GiulioMarco Marco MarchettiMarchettiGiuliano Giuliano MilanaMilanaSilvia Silvia PeppoloniPeppoloniVincenzo Vincenzo SapiaSapia
Politecnico di MilanoDIS
MICROZONAZIONE SISMICA MICROZONAZIONE SISMICA DIDI LIVELLO 3: LIVELLO 3:
IL CASO STUDIO IL CASO STUDIO DIDI SANTSANT’’AGATA FOSSILI (AL)AGATA FOSSILI (AL)
1. Sismicità storica e recente
2. Indagini geologiche, geognostiche, geotecniche e geofisiche
3. Confronto ed integrazione dei risultati delle indagini
4. Modelli geolitologici del sottosuolo e sezioni
5. Input sismici
6. Valutazione della risposta sismica locale
7. Microzonazione sismica di livello 3
Fasi del lavoroFasi del lavoro
Catalogo Parametrico dei Terremoti Italiani (CPTI04)http://http://emidius.mi.ingv.itemidius.mi.ingv.it/CPTI//CPTI/
SismicitSismicitàà storicastorica
Sismicità recente (gennaio 2005-marzo 2011) in un’area di raggio pari a 50 km nell’intorno di Sant’Agata Fossili (quadrato giallo)
SismicitSismicitàà recente e sorgenti recente e sorgenti sismogenetichesismogenetiche
Bollettino Sismico Italiano (INGV): dal 01/04/2003 al 15/04/2003
Lat. (N) = 44,758
Long. (E) = 8,868
Prof. (km) = 8,2
magnitudo momento(Mw)= 4,9
localizzazione = Appennino ligure
Intensità macrosismica max (IMCS) = VI-VII
Evento 11 Aprile 2003Evento 11 Aprile 2003
• 21 sondaggi geognostici
• 6 campioni indisturbati
• 4 tomografie elettriche
• 15 misure di rumore
• 2 Down-Hole
• 1 MASW
• 1 array 2D passivo
• 1 sismica a rifrazione
Indagini Indagini geognostichegeognostiche e geofisichee geofisiche
19903 sondaggi
profondità = 15 m
1994 3 sondaggi
profondità = 15-20 m
199513 sondaggi
profondità = 15 m
Totale19 sondaggi
Stratigrafie esistentiStratigrafie esistenti
Misure di rumore ambientale H/VMisure di rumore ambientale H/V
Nuovi sondaggiNuovi sondaggi
DownDown--HoleHole
Tomografia elettricaTomografia elettrica
ArrayArray 2D passivo e MASW2D passivo e MASW
Sismica a rifrazione onde PSismica a rifrazione onde P
• Aree 1 e 2: tomografia elettrica e misure di rumore ambientale
• Individuazione del corpo conglomeratico (area 1) e frana (area 2)
• Area 3: prova Down-Hole, tomografia elettrica e misura di rumore
• Individuazione spessore strato superficiale poggiante su marne
• Area 4: tomografia elettrica, sismica a rifrazione, prova MASW, arraypassivo 2D
• Individuazione Vs e spessori
Confronto risultati indagini Confronto risultati indagini
Sezioni Sezioni geolitologichegeolitologiche
Settori Settori geolitologicigeolitologiciSettore 1: deposito limoso-argilloso Vs
250 m/s e γn 20 kN/m3
marne con graduale aumento dei valori di Vs e valori di γn variabili da 20 a 21 kN/m3
Settore 2: deposito limoso-argilloso Vs 200 m/s e γn 19 kN/m3
marne per 17 m, con Vs 700 m/s e γn21 kN/m3; in profondità marne Vs ≥800 m/s
Settore 3: deposito limoso-argilloso Vs 200 m/s e γn 19 kN/m3 o depositi ghiaiosi compatti per uno spessore di circa 3 m Vs 600 m/sconglomerati Vs 600 m/s e γn 21 kN/m3
Settore 4: movimento franoso con maggiori spessori del deposito limoso-argilloso Vs 200 m/s e γn 19 kN/m3
marne come Settore 2
Curve di decadimentoCurve di decadimento
Campione (a) prelevato alla profondità di 4.0-4.5m per deposito limoso-argilloso del settore 1
Campione (b) prelevato alla profondità di 9.0-9.5m per deposito limoso-argilloso dei settori 2 e 3 e per le marne poste al di sopra del substrato rigido
a
a b
b
Input sismiciInput sismici
-0.15
-0.10
-0.05
0.00
0.05
0.10
0.15
0 10 20 30 40 50T (s)
A (g
)
NZZ_NS*0.9
-0.15
-0.10
-0.05
0.00
0.05
0.10
0.15
0 10 20 30 40 50T (s)
A (g
)
NZZ_WE
-0.15
-0.10
-0.05
0.00
0.05
0.10
0.15
0 10 20 30 40T (s)
A (g
)
TRT_NS*2
-0.15
-0.10
-0.05
0.00
0.05
0.10
0.15
0 10 20 30 40T (s)
A (g
)
TRT_WE
-0.15
-0.10
-0.05
0.00
0.05
0.10
0.15
0 5 10 15 20T (s)
A (g
)PNR_NS*2
• Sismicità storica e caratteristiche sismogenetiche della sorgente (meccanismo trascorrente);
• Coppia magnitudo-distanza dalla sorgente (magnitudo 4.5-5.0 e distanza epicentrale 0-10 km);
• Massima accelerazione orizzontale attesa Tr 475 anni (ag = 0.096 g) da NTC• Registrazioni effettuate su substrato rigido (sottosuolo di categoria A)• Scalatura
Analisi numericaAnalisi numerica
CENTRO ABITATO
Monodimensionale (1D):Analisi effetti litostratigrafici
Bidimensionale (2D):Analisi effetti topografici
Colonne stratigrafiche Profilo topografico
Risultati analisi numericaRisultati analisi numerica
Risultati espressi come media delle 5 analisi eseguite su ciascuna delle 18 colonne litostratigrafiche
Spettri di risposta elastici in accelerazione
al 5% dello smorzamento critico
Fattori di amplificazione Fa0.1-0.5 e Fa0.5-1.5calcolati sugli spettri di risposta elastici in
accelerazione di output ed input
Confronto tra gli spettri medi da modellazione numerica con gli spettri di risposta elastici previsti dalle NTC 2008, corrispondenti alla categoria di sottosuolo della
colonna litostratigrafica analizzata (valutata attraverso Vs30 e descrizione stratigrafica)
Risultati analisi numericaRisultati analisi numerica
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5Periodo (s)
PSA
(g)
Spettro di risposta punto PA1Spettro di risposta punto PA1 - lisciatoSpettro di risposta di normativa (Categoria E)
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5Periodo (s)
PSA
(g)
Spettro di risposta punto PA2Spettro di risposta punto PA2 - lisciatoSpettro di risposta di normativa (Categoria B)
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5Periodo (s)
PSA
(g)
Spettro di risposta punto PA3Spettro di risposta punto PA3 - lisciatoSpettro di risposta di normativa (Categoria C)
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5Periodo (s)
PSA
(g)
Spettro di risposta punto PA4Spettro di risposta punto PA4 - lisciatoSpettro di risposta di normativa (Categoria B)
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5Periodo (s)
PSA
(g)
Spettro di risposta punto DH2-PB1Spettro di risposta punto DH2-PB1_lisciatoSpettro di risposta di normativa (Categoria B)
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5Periodo (s)
PSA
(g)
Spettro di risposta punto PB2-PD1Spettro di risposta punto PB2-PD1_lisciatoSpettro di risposta di normativa (Categoria C)
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5Periodo (s)
PSA
(g)
Spettro di risposta punto PB3-PC3Spettro di risposta punto PB3-PC3_lisciatoSpettro di risposta di normativa (Categoria B)
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5Periodo (s)
PSA
(g)
Spettro di risposta punto DH1-PC1-PE3-PE4Spettro di risposta punto DH1-PC1-PE3-PE4_ lisciatoSpettro di risposta di normativa (Categoria B)
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5Periodo (s)
PSA
(g)
Spettro di risposta punto PC2Spettro di risposta punto PC2 - lisciatoSpettro di risposta di normativa (Categoria B)
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5Periodo (s)
PSA
(g)
Spettro di risposta punto PD2Spettro di risposta punto PD2 - lisciatoSpettro di risposta di normativa (Categoria B)
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5Periodo (s)
PSA
(g)
Spettro di risposta punto PE1-PE2Spettro di risposta punto PE1-PE2_lisciatoSpettro di risposta di normativa (Categoria B)
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5Periodo (s)
PSA
(g)
Spettro di risposta punto 86
Spettro di risposta input
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5Periodo (s)
PSA
(g)
Spettro di risposta punto 97
Spettro di risposta input
Effetti litologici
Effetti topografici
Microzonazione livello 3Microzonazione livello 3