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UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI FIRENZEDIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE e AMBIENTALE Sezione Geotecnica

Leggi di attenuazione e zonazione sismicaZS9

Prof. Ing. Claudia Madiai

Correlazioni tra parametri sismiciSono state studiate molte correlazioni tra i diversi parametri sismiciAd esempio:

Intensità-magnitudoEs.: Karnik (1971) M=0.51 I0 + 1Intensità a

prof. ing. Claudia MadiaiCorso di Ingegneria Geotecnica Sismica

( ) 0Intensità-amax

Es.: Richter (1956) log amax=(1/3)I0 –1/2

amax-magnitudo

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2

Le correlazioni più note e utilizzate includono anche il parametro ‘distanza’ e sono chiamate ‘leggi di attenuazione’

Le leggi di attenuazione permettono di ricavare il valore di un

Leggi di attenuazione


Le leggi di attenuazione permettono di ricavare il valore di un parametro sismico (amax, vmax, , Intensità, durata, ordinate spettrali, ecc.) in funzione di altri parametri sismici (di norma la magnitudo) e della distanza epicentrale (o ipocentrale)

Sono relazioni di tipo empirico, elaborate su basi statistiche, a partire da dati strumentali o macrosismici

La forma delle leggi di attenuazione è generalmente del tipo:

log Y = a + b M - c log (R + C) + F + S ± σlogY

con: Y parametro rappresentativo del motoM magnitudoR distanza dalla sorgente o dall'epicentroC fattore correttivo dell’attenuazioneF, S parametri di sorgente e di sitoa, b, c coefficienti empiriciσlogy deviazione standard di log y

log Y a + b M c log (R + C) + F + S ± σlogY

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Leggi di attenuazione dell’intensità

Esempi

Esteva e Rosenblueth (1964)


Crespellani et al., 1992

I = 6.39 + 1.756 M – 2.747 ln (R + 7)

Esteva e Rosenblueth (1964)

I = 1.45 M – 2.46 ln R + 8.16

( )

I è riferita alla scala MM ed R (distanza epicentrale) è in km

44

3

Barosh, 1969

Leggi di attenuazione dell’intensità


55

log amax= -1.19 + 0.276 Mw – log R – 0.00259 R

Boore, 1982

Leggi di attenuazione del picco di accelerazione


R=(D2+7.32)0.5

con D≅ distanza epicentrale (in km)

Mw =magnitudo momento

Valida per terremoti con5.0 ≤ Mw ≤ 7.7

66

4

Sabetta e Pugliese, 1987

log A= 0.306 Mw - log √( D2 + 5.82) + 0.169 S1-1.56 ± 0.19

Leggi di attenuazione del picco di accelerazione


A= picco di accelerazione in gMW = magnitudo momentoD ≅ distanza epicentrale (in km)S1= 0 per depositi profondi e rigidi; S1=1 per depositi poco profondi e deformabili


77

Sabetta e Pugliese, 1987

log V = 0.455 Mw - log √( D2 + 3.62 ) + 0.133 S3-0.71 ± 0.22

Leggi di attenuazione del picco di velocità


V= picco di velocità in cm/sMw = magnitudo momentoD ≅ distanza epicentrale (in km)S3= 0 per depositi profondi e rigidi; S3=1 per depositi poco profondi e deformabili


88

5

Chang e Krinitzsky, 1977

Leggi di attenuazione della durata

rocce

[0.0

5g] (

sec)


é

terreni ‘bra

cket

ed’ d

urat

ion

[

on[0

.05g

] (se

c)

NB: Poiché l’ampiezza decrescecon la distanza, la duratadecresce con la distanza sedefinita in termini assoluti(come in figg.), cresce con ladistanza se definita in terminirelativi (es. durata di Trifunac)

‘bra

cket

ed’ d

urat

io

99

Leggi di attenuazione delle ordinate spettrali

Pugliese e Sabetta, 1989log Sv= a+bMW- log √( x2 + h2) + e1s1+e2s2 ± σ

SV= pseudo-velocità (in cm/s)


SV pseudo velocità (in cm/s)MW = magnitudo momentoh = distanza focale (in km)x = distanza epicentrale (in km)a,b,c,e1,e2 = coefficienti dipendenti da TS1 = 1 per alluvioni di spessore<10mS2 = 1 per alluvioni di spessore>10mS1 = S2 =0 per depositi ‘rigidi’ (Vs>800m/s o minore per spessori<5m)

Le ordinate in pseudo-accelerazionepossono essere derivate da quelle in pseudo-velocità mediante l’espressione: Sa≅ Sv 2π/T

1010

6

Pericolosità sismica

Il primo passo per la progettazione in zona sismica è ladefinizione dei parametri del ‘moto sismico di riferimento’


definizione dei parametri del moto sismico di riferimentoper il sito in studio (definizione della pericolosità sismicadel sito)

Infatti a partire da tali parametri vengono poi determinatele azioni sismiche di progetto

La definizione della pericolosità sismica è un’operazioneassai complessa, affetta da un elevato grado di incertezza.Vi it d diff ti li lli di ti d tViene eseguita a due differenti livelli, distinguendo tra:

pericolosità sismica di base

pericolosità sismica locale

1111


Con la pericolosità sismica ‘di base’ si identifica il motosismico di riferimento per il sito considerato, nelle


pcondizioni ideali di terreno rigido (Vs>800 m/s) e superficietopografica orizzontale

Con la pericolosità sismica ‘locale’ si identifica il motosismico di riferimento per il sito considerato, tenendo contodei fattori geologici, morfologici e geotecnici (condizionilocali) che lo caratterizzano

L’operazione scientifica finalizzata alla determinazione dellaL operazione scientifica finalizzata alla determinazione dellapericolosità di base su aree estese (ad es. il territorionazionale) è la Zonazione Sismica

1212

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Le analisi di pericolosità sismica possono essere condotteseguendo due tipi di approccio:


g p ppdeterministico (basato sull’assunzione di un determinatoscenario sismico)

probabilistico (in cui si tiene conto delle incertezze legate alla‘dimensione’, localizzazione e tempo di ritorno dell’evento)

Entrambi gli approcci richiedono che siano preliminarmenteindividuate e caratterizzate le sorgenti sismiche in grado di

d i ifi ti i ti t l it id tprodurre un significativo risentimento nel sito considerato.A questo scopo è necessaria la conoscenza della sismicitàregionale

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Sismicità regionale

Le analisi di sismicità regionale di un certo territorio (ad es.quello nazionale) consistono nell’identificazione delle


potenziali sorgenti sismiche e nella determinazione di alcunecaratteristiche della loro attività

Si basano su informazioni relative a:geologia strutturale (evidenze geologiche e tettoniche)

registrazioni strumentalisismicità storica (notizie di terremoti non registrati)

1414

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Sismicità regionaleZS9 - Zonazione sismogenetica del territorio italiano


INGV- Gruppo di lavoro per la redazione della mappa di pericolosità sismica (O.P.C.M. 3274)

Classi di profondità

1515

Analisi della pericolosità sismica

1. localizzazione e caratterizzazione delle sorgentisismiche con risentimento significativo al sito

METODO DETERMINISTICO (terremoto trattato come evento non casuale)


METODO PROBABILISTICO (terremoto trattato come evento casuale caratterizzato da una sua probabilità di occorrenza)

g2. applicazione delle leggi di attenuazione per il

parametro di interesse3. scelta del massimo valore del parametro di

pericolosità ottenuto con i diversi scenari

2. applicazione delle leggi di attenuazione in termini probabilistici per ilparametro di interesse

3. calcolo della probabilità di eccedenza al sito di un dato valore del parametrodi pericolosità, in un prefissato intervallo di tempo

1. identificazione delle sorgenti sismiche con risentimento al sito, della distribuzione spaziale di probabilità degli epicentri e della legge di ricorrenza degli eventi all’interno delle sorgenti

1616

9

Analisi della pericolosità sismicaMAPPE DI PERICOLOSITÀ

La ‘pericolosità sismica di base’, ricavata mediante studi di


PGA (peak ground acceleration)

Intensità macrosismica

ordinate spettrali in pseudo-velocità e pseudo-accelerazione in corrispondenza di vari periodi T

pzonazione su vasta scala, può essere rappresentata in mappe dipericolosità sismica nelle quali sono riportati, per un dato periodo diritorno dell’evento sismico, alcuni dei principali parametri:

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La ‘pericolosità sismica di base’ fornisce l’input per la definizionedella ‘pericolosità sismica locale’:rappresenta quindi il punto di partenza per le successive analisi ascala locale (microzonazione) e a scala di manufatto (progettazione)

Analisi della pericolosità sismicaMAPPE DI PERICOLOSITÀ


Mappa della pericolosità sismica del globo terrestre (http://www.seismo.ethz.ch/GSHAP) 1818

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PERICOLOSITÀ DI BASE IN ACCELERAZIONE


DEL TERRITORIO ITALIANO

Il periodo di ritorno TR di un eventosismico di una certa entità è legato allaprobabilità (‘probabilità di eccedenza’,PVR) che in un determinato intervallo ditempo (‘periodo di riferimento’, VR) siverifichi almeno un evento sismico di

(http://esse1-gis.mi.ingv.it)1919

verifichi almeno un evento sismico dientità pari al valore prefissato:

TR= -VR / ln(1-PVR)


PERICOLOSITÀ DI BASEIN INTENSITÀ MCS

DEL TERRITORIO ITALIANO


Intensità macrosismica MCSLa carta mostra le intensità macrosimiche attese secondo la scala MCS. Secondo la scala MCS l’inizio del danno agli edifici si ha a partire dal 6° grado

da Romeo e Pugliese (www.uniurb.it/geoappl/gislab/progetti/seismic_hazard/pericolosità.htm)2020

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PERICOLOSITÀ DI BASE IN ACCELERAZIONE SPETTRALE DEL TERRITORIO ITALIANO


Accelerazioni spettrali a 5Hz (T=0.2 s)Le accelerazioni spettrali si riferiscono ad un valore dello smorzamento critico del 5%.

da Romeo e Pugliese (www.uniurb.it/geoappl/gislab/progetti/seismic_hazard/pericolosità.htm)2121


PERICOLOSITÀ DI BASE IN ACCELERAZIONE SPETTRALE DEL TERRITORIO ITALIANO


Accelerazioni spettrali a 1Hz (T=1 s)Le accelerazioni spettrali si riferisconoad un valore dello smorzamento criticodel 5%; le accelerazioni spettrali a 1Hz(T=1 s) si considerano rappresentativedel ramo dello spettro a velocitàcostante

da Romeo e Pugliese (http://www.uniurb.it/geoappl/gislab/progetti/seismic_hazard/pericolosita.htm)2222

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Sito di interesse per ricavare dati sulla pericolosità sismica italiana :http://esse1-gis.mi.ingv.it



Sito per la definizione delle azioni sismiche di progetto secondo il D.M. 14.01.2008 (NTC 2008): http://www.cslp.it/cslp/

dal quale è possibile scaricare un foglio di Excel (⇒ Normative tecniche per le costruzioni ⇒ Azioni sismiche – Spettri di risposta) che consente di:

identificare la pericolosità di base del sito (così come indicata nella Mappa di Pericolosità – All. B alle NTC 2008 – per 9 periodi di ritorno (da 30 a 2475 anni) in

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corrispondenza dei nodi di un reticolo che copre tutto il territorio nazionale)in termini di :- accelerazione massima su terreno duro di riferimento, ag- parametri F0 e TC

* (insieme ad ag servono per definire gli spettri di progetto)

determinare l’azione sismica di progetto (spettro elastico e inelastico) in funzione dei “requisiti del manufatto” e delle ‘condizioni locali’ del sottosuolo

In assenza di dati strumentali il valore di un parametro rappresentativo delmoto sismico al suolo può essere stimato attraverso relazioni empiriche; quelleche includono anche il parametro ‘distanza’ sono chiamate ‘leggi diattenuazione’

Conclusioni


In letteratura esistono numerose leggi di attenuazione (per lo più moltodisperse); le più affidabili sono quelle a carattere ‘regionale’

Il moto sismico in un dato sito (‘pericolosità sismica’) dipende dalla‘pericolosità di base’ e dalla ‘pericolosità locale’

La pericolosità sismica può essere definita in termini di diversi parametri (i piùimportanti: PGA, ordinate dello spettro elastico) e determinata con metodideterministici o probabilistici

Entrambi gli approcci richiedono l’identificazione delle ‘aree sismogenetiche’che influenzano la sismicità del sito e la definizione di opportune leggi diattenuazione

Con il metodo deterministico il parametro di pericolosità è ottenuto sulla basedei diversi ‘scenari’ ipotizzabili dalle varie sorgenti sismiche

Con il metodo probabilistico il parametro di pericolosità è espresso in termini di‘probabilità di superamento’ al sito in un prefissato intervallo di tempo

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