La Spezia, 1 Ottobre 2011 -...
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Definizione dell’input sismico. Pericolosità sismica di base. Effetti di sito. Spettri di risposta elastici e di progetto. Uso degli accelerogrammi.
Carlo G. LAI, PhD
La Spezia, 1 Ottobre 2011
con la collaborazione di:
Maria Rota, PhD
Mirko Corigliano, PhD
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sommario
• QUADRO NORMATIVO
• CLASSIFICAZIONE SISMICA
• AZIONE SISMICA
- pericolosità sismica di base
- categorie del terreno di fondazione
- spettri di risposta in accelerazione
- spettri di risposta in spostamento
- effetti di sito litostratigrafici e topografici
- accelerogrammi
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quadro normativo
• Norme Tecniche per le Costruzioni (14/01/2008)
(G.U. n. 29 del 4.02.2008 suppl. ord. n° 30).
• Istruzioni per l'applicazione delle NTC 14/01/2008. Circolare Ministero
Infrastrutture n. 617 del 2/02/2009. Supplemento ordinario n. 27 della
G.U. n. 47 del 26 Febbraio 2009. Capitoli C6 e C7.11.
• EC7-2003 Parte 1 Regole generali progettazione geotecnica.
EC7-2003 Parte 2 Indagini geognostiche e prove sperimentali.
• EC8 Parte 1 Criteri generali progettazione ed azioni sismiche.
EC8 Parte 5 Verifica e progetto sismico fondazioni/opere sostegno.
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classificazione sismica
• al punto C2.7 la Circolare recita: “per l’identificazione della zona sismica in
cui ricade ciascun comune o porzione di esso, occorre fare riferimento alle
disposizioni emanate ai sensi dell’art. 83, comma 3, DPR 6.6.2001, n. 380”.
• il DPR 6.6.2001, n. 380, stabilisce quanto segue:
Capo IV - Provvedimenti per le costruzioni con particolari prescrizioni per le zone sismiche. Sezione I - Norme per le costruzioni in zone sismiche:
Art. 83 (L) - Opere disciplinate e gradi di sismicità (Legge 3 febbraio 1974, n. 64, art. 3; artt. 54, comma 1, lett. c, 93, comma 1, lett. g e comma 4 del d.lgs. n. 112 del 1998).
1. Tutte le costruzioni la cui sicurezza possa comunque interessare la pubblica incolumità, da realizzarsi in zone dichiarate sismiche ai sensi dei commi 2 e 3 del presente articolo, sono disciplinate, oltre che dalle disposizioni di cui all’articolo 52, da specifiche norme tecniche emanate, anche per i loro aggiornamenti, con decreti del Ministro per le infrastrutture ed i trasporti, di concerto con il Ministro per l'interno, sentiti il Consiglio superiore dei lavori pubblici, il Consiglio nazionale delle ricerche e la Conferenza unificata.
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classificazione sismica
2. Con decreto del Ministro per le infrastrutture ed i trasporti, di concerto con il Ministro per l'interno, sentiti il Consiglio superiore dei lavori pubblici, il Consiglio nazionale delle ricerche e la Conferenza unificata, sono definiti i criteri generali per l’individuazione delle zone sismiche e dei relativi valori differenziati del grado di sismicità da prendere a base per la determinazione delle azioni sismiche e di quant’altro specificato dalle norme tecniche.
3. Le Regioni, sentite le Province e i Comuni interessati, provvedono alla individuazione delle zone dichiarate sismiche agli effetti del presente capo, alla formazione e all’aggiornamento degli elenchi delle medesime zone e dei valori attribuiti ai gradi di sismicità, nel rispetto dei criteri generali di cui al comma 2.
Quindi sono le Regioni ad individuare le zone sismiche per esempio basandosi sui dati contenuti nella mappa di pericolosità (e dei criteri) pubblicata nell’OPCM 3519 del 28/4/2006.
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classificazione sismica
Per le Regioni a bassa sismicità (zona 4), ad esempio la Sardegna:
• per costruzioni semplici dove è possibile utilizzare il metodo delle tensioni
ammissibili, l’azione sismica si calcola utilizzando il DM96 assumendo un
grado di sismicità S pari a 5.
• per le altre costruzioni si assumono i parametri spettrali (ag, TC* e F0)
contenuti nella Tabella 2 dell’allegato Isole delle NTC08 (per es. ag=0.05g
per i 475 anni) tenendo conto delle prescrizioni specifiche stabilite dalle
NTC08 per le costruzioni in zona 4.
Pertanto, indipendentemente dalle delibere regionali, le forze orizzontali
sismiche sono da considerare SEMPRE !!!
NON È PREVISTA UNA ZONA FRANCA “NON 4” !
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definizione dell’input sismico
RISCHIO SISMICO
La vulnerabilità sismica esprime l’intrinseca propensione di una struttura
a subire un certo grado di danneggiamento a causa degli effetti di un
terremoto di prefissata severità.
L’esposizione sismica rappresenta invece una misura quantitativa del
“valore” economico e sociale (in termini di vite umane) di una struttura.
Il rischio sismico è definito dalla convoluzione della pericolosità
sismica con la vulnerabilità e l’esposizione della struttura e del sito
di costruzione agli effetti dei terremoti.
operazione matematica che consiste nel comporre per
“sovrapposizione degli effetti” più enti concomitanti, ad
esempio pericolosità, vulnerabilità ed esposizione
sismica, che interagiscono vicendevolmente.
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definizione dell’input sismico
Pericolosità Vulnerabilità Esposizione
RISCHIO: stime delle perdite complessive - costo dei danni subiti dagli edifici, numero prevedibile, costo
complessivo in termini economici e sociali che potrà interessare in un determinato periodo una certa area.
amax
Probabilità
danno
0
1
Probabilità di accadimento
eventi di una certa severità
in un determinato periodo
Probabilità di avere un
certo livello di danno per
una determinata severità
Valore dei beni, densità di
popolazione, entità delle
conseguenze per un certo
danno agli elementi che
compongono il sistema
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definizione dell’input sismico
Non è possibile ridurre la pericolosità sismica, ma è possibile mitigare il rischio
riducendo le conseguenze dei terremoti, mediante azioni per la riduzione di
vulnerabilità ed esposizione:
• Progettare e costruire adeguatamente, riducendo la vulnerabilità del costruito
• Pianificare opportunamente l’uso del territorio (suscettibilità alla liquefazione, frane, etc.)
• Predisporre un sistema efficace di protezione civile: sensibilizzazione e diffusione di
informazione, sistemi di gestione dell’emergenza
• Per realizzare le azioni di mitigazione, è necessario innanzitutto definire quali sono le zone
sismicamente pericolose di un territorio: la conoscenza della pericolosità è essenziale per
progettare e pianificare l’uso del territorio, ed ottimizzare le politiche di spesa.
Per definire la pericolosità del territorio occorrono studi specifici di tipo storico,
geologico, geofisico. Per illustrare i concetti di base di pericolosità sismica
occorrono alcune nozioni di geodinamica, di sismologia e di probabilità.
MITIGAZIONE DEL RISCHIO SISMICO
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filosofia alla base delle NTC08
Approccio prestazionale alla progettazione
• le prestazioni della struttura sono definite richiedendo il rispetto di 4 diversi stati limite (SL): 2 SLE + 2 SLU
• per ogni SL confronto tra capacità e domanda
• per ogni SL, la domanda è legata al periodo di ritorno (TR) del sisma cui rapportare la capacità della costruzione
(da L
ai et
al.,
2006)
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periodo di riferimento
• L’azione sismica è valutata in relazione ad un periodo di riferimento (VR) dell’opera e allo stato limite (SL) da verificare, cui è associata una prefissata probabilità di superamento PVR;
• VR definisce il periodo di osservazione durante il quale ad ogni SL viene definito un terremoto di intensità prefissata specificata da una probabilità di superamento PVR, durante tale periodo, dell’azione da considerare.
VN = vita nominale
CU = coefficiente d’uso, definito in base alla classe d’uso
* Questo limite corrisponde alla necessità di fissare un livello minimo irrinunciabile di
sicurezza nei confronti del terremoto
*UNR anni35CVV
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vita di riferimento
Vita nominale, VN: “numero di anni nel quale la struttura,
purché soggetta alla manutenzione ordinaria, deve poter essere usata per lo scopo al quale è destinata”.
Deve essere espressamente indicata negli elaborati di progetto.
Vengono definiti tre valori, a seconda dell’importanza dell’opera e quindi delle esigenze di durabilità
Tipi di costruzione VN
[anni] Opere provvisorie – opere provvisionali – strutture in fase
costruttiva, con durata prevista di progetto ≥ 2 anni
≤ 10
Opere ordinarie, ponti, opere infrastrutturali e dighe di dimensioni
contenute o di importanza normale
≥ 50
Grandi opere, ponti, opere infrastrutturali e dighe di grandi dimensioni o di importanza strategica
≥ 100
Per VN ≤ 2 anni, le verifiche sismiche possono essere omesse (opere provvisorie o strutture in fase costruttiva)
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classi d’uso
“In presenza di azioni sismiche, con riferimento alle conseguenze di una interruzione di operatività o di un eventuale collasso, le costruzioni sono suddivise in classi d’uso”, a ciascuna delle quali è associato un valore del coefficiente d’uso CU.
Tali classi sono concettualmente equivalenti alle categorie di importanza, mentre CU è equivalente al coefficiente di importanza
Classe
Tipi di costruzione
CU
I Costruzioni con presenza solo occasionale di persone, edifici agricoli 0.7
II Strutture con normali affollamenti, senza contenuti pericolosi per l’ambiente e senza funzioni pubbliche e sociali essenziali.
Industrie con attività non pericolose per l’ambiente. Ponti, opere infrastrutturali, reti viarie non ricadenti in classe d’uso III o IV.
Reti ferroviarie la cui interruzione non provochi situazioni di emergenza. Dighe il cui collasso non provochi conseguenze rilevanti.
1.0
III Strutture con affollamenti significativi. Industrie con attività pericolose per l’ambiente. Reti viarie extraurbane non ricadenti in classe d’uso IV. Ponti e reti ferroviarie la cui interruzione provochi situazioni di emergenza. Dighe rilevanti per le conseguenze di
un loro eventuale collasso
1.5
IV Costruzioni con funzioni pubbliche o strategiche importanti, anche con riferimento alla gestione della protezione civile in caso di
calamità. Industrie con attività particolarmente pericolose per l’ambiente. Reti viarie di tipo A o B, di cui al DM 5 novembre 2001
n. 6792, “Norme funzionali e geometriche per la costruzionie delle strade”, e di tipo C quando appartenenti a itinerari di collegamento tra capoluoghi di provincia non altresì serviti da strade di tipo A o B. Ponti e reti ferroviarie di importanza critica per
il mantenimento delle vie di comunicazione, particolarmente dopo un evento sismico. Dighe connesse al funzionamento di
acquedotti e a impianti di produzione di energia elettrica.
2.0
20
periodo di riferimento
“le verifiche sismiche di opere provvisorie o strutture in fase costruttiva possono omettersi quando le relative VN previste in progetto siano inferiori a 2 anni.”
Dalla CIRCOLARE 2 Febbraio 2009 , n. 617 - Istruzioni per l'applicazione delle «Nuove norme tecniche per le costruzioni»
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stati limite e probabilità di superamento
4 stati limite: 2 di esercizio e 2 ultimi.
Per ognuno si definisce una probabilità di superamento (PVR), che rappresenta la probabilità di accadimento, nel periodo di riferimento (VR) di almeno un sisma di periodo di ritorno TR (definito in seguito).
Stato limite PVR
Stati limite di esercizio
Stato limite di operatività SLO 81%
Stato limite di danno SLD 63%
Stati limite ultimi
Stato limite di salvaguardia della vita SLV 10%
Stato limite di prevenzione del collasso
SLC 5%
SLD
SLV
SLC
SLO
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stati limite
Gli STATI LIMITE DI ESERCIZIO sono:
- Stato Limite di Operatività (SLO): a seguito del terremoto la costruzione nel suo complesso,includendo gli elementi strutturali, quelli non strutturali, le apparecchiature rilevanti alla sua funzione, non deve subire danni ed interruzioni d'uso significativi;
- Stato Limite di Danno (SLD): a seguito del terremoto la costruzione nel suo complesso, includendo gli elementi strutturali, quelli non strutturali, le apparecchiature rilevanti alla sua funzione, subisce danni tali da non mettere a rischio gli utenti e da non compromettere significativamente la capacità di resistenza e di rigidezza nei confronti delle azioni verticali ed orizzontali, mantenendosi immediatamente utilizzabile pur nell’interruzione d’uso di parte delle apparecchiature.
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stati limite
Gli STATI LIMITE ULTIMI sono:
- Stato Limite di Salvaguardia della Vita (SLV): a seguito del terremoto la costruzione subisce rotture e crolli dei componenti non strutturali ed impiantistici e significativi danni dei componenti strutturali cui si associa una perdita significativa di rigidezza nei confronti delle azioni orizzontali; la costruzione conserva invece una parte della resistenza e rigidezza per azioni verticali e un margine di sicurezza nei confronti del collasso per azioni sismiche orizzontali;
- Stato Limite di Prevenzione del Collasso (SLC): a seguito del terremoto la costruzione subisce gravi rotture e crolli dei componenti non strutturali ed impiantistici e danni molto gravi dei componenti strutturali; la costruzione conserva ancora un margine di sicurezza per azioni verticali ed un esiguo margine di sicurezza nei confronti del collasso per azioni orizzontali.
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stati limite
4 STATI LIMITE anziché 2
Ma:
• le verifiche allo SLO sono richieste solo per elementi non strutturali e impianti di strutture in classe d’uso III e IV.
• lo SLO è inoltre usato per progettare le opere che devono restare operative durante e subito dopo il terremoto (ospedali, caserme, centri della protezione civile, etc.).
• le verifiche allo SLC sono necessarie soltanto per costruzioni o ponti con isolamento e/o dissipazione.
SLO SLD SLV SLC
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periodo di ritorno
Fissato il periodo di riferimento (VR) e la probabilità di superamento per ogni stato limite (PVR) e ipotizzando che i terremoti seguano una distribuzione probabilistica Poissoniana, il periodo di ritorno dell’azione sismica si ottiene da:
I limiti inferiore e superiore di TR sono dovuti all’intervallo di riferimento della pericolosità sismica attualmente disponibile; azioni sismiche riferite a TR più elevati possono essere considerate per opere speciali.
TR consente quindi di definire la severità della domanda sismica, per ogni stato limite.
2475)P1ln(
VT30
VR
RR
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azione sismica
L’azione sismica in base alla quale valutare il rispetto dei diversi stati limite considerati, si
definisce a partire dalla conoscenza della “pericolosità sismica di base” del sito di costruzione.
Pericolosità sismica di base
La “pericolosità sismica di base” è definita in termini probabilistici con riferimento a prefissate
probabilità di eccedenza (PVR) nella vita di riferimento (VR) della costruzione. È rappresentata da:
• accelerazione orizzontale di picco attesa, ag, in condizioni di campo libero su sito di
riferimento rigido (suolo di categoria A) con superficie topografica orizzontale;
• spettro di risposta elastico isoprobabile in accelerazione (componente orizzontale) in
condizioni di campo libero su sito rigido (suolo A) con superficie topografica orizzontale;
In Italia la “pericolosità sismica di base” è stata definita su tutto il territorio nazionale
dall’INGV attraverso un reticolo di riferimento con maglia avente passo < 10 km per periodi di
ritorno ricadenti in un intervallo di riferimento compreso tra 30 e 2475 anni estremi inclusi.
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azione sismica
Il calcolo è stato svolto utilizzando il classico metodo probabilistico di Cornell (1968) con un approccio ad “albero logico” a 16 rami assumendo:
Pericolosità sismica di base
– distribuzione di Poisson per descrivere processo di accadimento temporale dei terremoti
– catalogo parametrico dei terremoti italiani CPTI04
– zonazione sismogenetica ZS9 con sorgenti sismiche a tasso di sismicità uniforme
– relazioni di attenuazione: Sabetta e Pugliese (1996), Ambraseys et al. (1996) e due leggi regionali
sismicità del territorio dal catalogo CPTI04
I risultati dello studio di pericolosità sono scaricabili
dal sito internet dell’INGV http://esse1.mi.ingv.it/
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azione sismica
Pericolosità sismica di base
Esempio: valore di ag corrispondente a TR = 72, 475 e 2475 anni
TR=72 anni TR=475 anni TR=2475 anni
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azione sismica
Pericolosità sismica di base
I dati scaricabili dal sito internet dell’INGV (http://esse1.mi.ingv.it/) comprendono mappe di
ag e accelerazioni spettrali sui nodi del reticolo di riferimento nell’intervallo di riferimento per:
• 10751 nodi del territorio nazionale con maglia di passo 0,05° (~ 5,5 km)
• 9 periodi di ritorno: TR = 30 - 50 -72 - 101 - 140 - 201 - 475 - 975 - 2475 anni
• 11 periodi strutturali: T = 0 - 0,10 - 0,15 - 0,20 - 0,30 - 0,40 - 0,50 - 0,75 - 1,0 - 1,5 - 2,0 sec
• 3 livelli di affidabilità: 16mo - 50mo - 84mo percentile
esempio: mappa di ag per TR=475 anni corrispondente al 50mo percentile
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Pericolosità sismica di base
azione sismica
Es. Valori di ag associati a TR = 475 anni (probabilità eccedenza 10% in 50 anni)
0,02410,10020,081246,964111,22545852
0,03420,11220,094747,027912,17355643
0,03160,11040,092847,027012,10035642
0,02880,10870,091047,026112,02735641
0,02610,10700,089347,025411,95425640
0,02870,10820,090947,077912,17235421
0,02620,10660,089447,077112,09915420
ag0,16ag0,84ag0,50latitudinelongitudineID
0,02410,10020,081246,964111,22545852
0,03420,11220,094747,027912,17355643
0,03160,11040,092847,027012,10035642
0,02880,10870,091047,026112,02735641
0,02610,10700,089347,025411,95425640
0,02870,10820,090947,077912,17235421
0,02620,10660,089447,077112,09915420
ag0,16ag0,84ag0,50latitudinelongitudineID
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azione sismica
Pericolosità sismica di base
Esempio: sito a Pontremoli (MS): lat. = 44°,376; long. = 9°,88
1) Selezione di un
nodo del reticolo
0.175g 0.20g
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azione sismica
Pericolosità sismica di base
Esempio: sito a Pontremoli (MS): lat. = 44°,376; long. = 9°,88
2) Determinazione delle
curve di pericolosità TR = 475 anni
ag = 0,2g dati disponibili anche
in forma di tabella
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azione sismica
Pericolosità sismica di base
3) Spettri a pericolosità
uniforme per diversi TR
Esempio: sito a Pontremoli (MS): lat. = 44°,376; long. = 9°,88
TR = 475 anni
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azione sismica
Pericolosità sismica di base
La pericolosità sismica di “base” è definita al sito specifico, nel § 3.2 delle Norme Tecniche per
le Costruzioni (NTC) di cui al D.M. 14/01/2008 attraverso i seguenti parametri di scuotimento:
• accelerazione orizzontale di picco attesa ag in condizioni di campo libero su suolo di
riferimento rigido con superficie topografica orizzontale (suolo di categoria A);
• parametri F0 e TC* dello spettro di risposta elastico in accelerazione (componente
orizzontale) su suolo rigido (categoria A) e superficie topografica orizzontale.
I parametri ag, F0 e TC* sono definiti (Allegato B, NTC) in termini probabilistici con riferimento a
prefissate probabilità di eccedenza (PVR) nella vita di riferimento (VR) del manufatto su tutto il
territorio nazionale attraverso lo stesso reticolo di riferimento dello studio INGV (passo 0,05°).
F0 valore massimo del fattore di amplificazione dello spettro di risposta in accelerazione;
TC* periodo di inizio del tratto a velocità costante dello spettro di risposta in accelerazione.
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azione sismica
Pericolosità sismica di base
L’Allegato B delle NTC riporta i valori corrispondenti al 50mo percentile dei parametri ag, F0 e TC*
sui 10751 nodi del reticolo di riferimento per ognuno dei 9 periodi di ritorno dello studio INGV.
ID LON LAT ag Fo TC*
ag Fo TC*
ag Fo TC*
ag Fo TC*
13111 6,5448 45,134 0,263 2,50 0,18 0,340 2,51 0,21 0,394 2,55 0,22 0,469 2,49 0,24
13333 6,5506 45,085 0,264 2,49 0,18 0,341 2,51 0,21 0,395 2,55 0,22 0,469 2,49 0,24
13555 6,5564 45,035 0,264 2,50 0,18 0,340 2,51 0,20 0,393 2,55 0,22 0,466 2,50 0,24
13777 6,5621 44,985 0,263 2,50 0,18 0,338 2,52 0,20 0,391 2,55 0,22 0,462 2,51 0,24
12890 6,6096 45,188 0,284 2,46 0,19 0,364 2,51 0,21 0,431 2,50 0,22 0,509 2,48 0,24
13112 6,6153 45,139 0,286 2,46 0,19 0,366 2,51 0,21 0,433 2,50 0,22 0,511 2,48 0,24
13334 6,621 45,089 0,288 2,46 0,19 0,367 2,51 0,21 0,434 2,50 0,22 0,511 2,49 0,24
13556 6,6268 45,039 0,288 2,46 0,19 0,367 2,51 0,21 0,433 2,51 0,22 0,510 2,49 0,24
13778 6,6325 44,989 0,288 2,46 0,19 0,366 2,52 0,21 0,430 2,51 0,22 0,507 2,50 0,24
14000 6,6383 44,939 0,286 2,47 0,19 0,363 2,52 0,21 0,426 2,52 0,22 0,502 2,50 0,24
14222 6,6439 44,889 0,284 2,47 0,19 0,360 2,53 0,21 0,421 2,53 0,22 0,497 2,50 0,24
TR=30 TR=50 TR=72 TR=101stralcio Allegato B
37
azione sismica
Pericolosità sismica di base
I valori dei parametri ag, F0 e TC* sono stati ottenuti imponendo la condizione di minimo scarto
(nel senso dei minimi quadrati) tra le forme spettrali in accelerazione adottate dalle NTC (e simili
a quelle di EC8) e i corrispondenti spettri di risposta dello studio di pericolosità sismica INGV.
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 0.5 1 1.5 2
Periodo [s]
S e(T
) [g
]
NTC08 - suolo A
spettri pericolosità unif.
F0*ag
ag
T*c
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0 0.5 1 1.5 2
Periodo [s]
S e(T
) [g
]
NTC08 - suolo A
spettri pericolosità unif.
F0*ag
ag
T*c
F0*agF0*ag
ag
T*c
Confronto tra spettro isoprobabile INGV e spettro di normativa NTC-08 su suolo rigido per TR = 475 anni, per il sito di Pontremoli (MS).
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Pericolosità sismica di base
PROCEDURA DI CALCOLO
Secondo le prescrizioni delle NTC-08, la pericolosità sismica di base ad uno specifico sito di
costruzione, viene stabilita attraverso i seguenti passi:
1. definizione della vita di riferimento VR della costruzione da VR=VNCU
2. definizione delle probabilità di eccedenza PVR nella vita di riferimento VR, associate a
ciascuno degli stati limite considerati (Tabelle 3.2.I delle NTC 14/01/2008)
3. calcolo del periodo di ritorno di riferimento corrispondente ai valori PVR e VR definiti ai
precedenti punti mediante la seguente espressione riportata nell’Allegato A delle NTC-08:
(ad esempio se VR = 50 anni e
PVR = 0,10 TR = 475 anni)
azione sismica
2475)P1ln(
VT30
VR
RR
39
Pericolosità sismica di base
PROCEDURA DI CALCOLO
4. qualora la pericolosità sismica sul reticolo di riferimento non contempli il periodo di ritorno
TR calcolato al punto precedente, determinare il valore del generico parametro di
scuotimento p (ag, F0 e TC* ) ad esso corrispondente attraverso la relazione (Allegato A):
1
1R
2R
1R
R
1
21
T
Tlog
T
Tlog
p
plog)plog()plog(
nella quale
• p è il parametro di interesse (ag,F0,TC*) corrispondente al periodo di ritorno desiderato TR
• TR1 e TR2 sono i periodi di ritorno più prossimi a TR per i quali si dispone dei valori p1 e p2
azione sismica
40
Pericolosità sismica di base
PROCEDURA DI CALCOLO
p2
p
p1
TR1 TR TR2
p2
p
p1
TR1 TR TR2
1
1R
2R
1R
R
1
21
T
Tlog
T
Tlog
p
plog)plog()plog(
4. interpolazione periodi di ritorno
azione sismica
41
Pericolosità sismica di base
PROCEDURA DI CALCOLO
5. per qualunque punto del territorio non ricadente nei nodi del reticolo di riferimento,
determinare il valore del generico parametro p (ag, F0, TC*) attraverso una media pesata dei
valori assunti da p nei 4 vertici della maglia elementare mediante la relazione (Allegato A):
4
1j j
4
1j j
j
d
1
d
p
p
azione sismica
nella quale
• p è il parametro di interesse (ag,F0,TC*) nel punto in esame
• pj è il parametro di interesse nel punto j-esimo della maglia
• dj è la distanza geodetica del punto in esame dal punto j-esimo
)lonloncos()latcos()latcos()latsin()latsin(acosRd j
La distanza geodetica dj può essere calcolata con la formula di Eulero (trigonometria sferica)
dove R è il raggio
medio terrestre (~6371 km) e le coordinate geografiche sono espresse in radianti.
42
Pericolosità sismica di base
d 3
d 1
d 4
d 2
longitudine
latitudine
PROCEDURA DI CALCOLO
5. interpolazione coordinate geografiche
4
1j j
4
1j j
j
d
1
d
p
p
azione sismica
43
azione sismica
Pericolosità sismica di base
Esempio: sito a Pontremoli (MS): lat. = 44°,376; long. = 9°,88
Maglia elementare
sito di Pontremoli
Distanze dai nodi del reticolo per il sito di Pontremoli
Parametri di pericolosità sismica per il sito di Pontremoli (x)
44
azione sismica
Pericolosità sismica di base
PROCEDURA DI CALCOLO
La procedura appena illustrata per la definizione della pericolosità sismica di base ad uno specifico sito di costruzione prescritta dalle NTC-08, può essere implementata in modo automatico utilizzando il programma Excel messo a disposizione dal Cons. Sup. Lav. Pubb.
Sito internet: http://www.cslp.it/
45
azione sismica
Pericolosità sismica di base
PROCEDURA DI CALCOLO
Esempio: sito a Pontremoli: – latitudine = 44°,376
– longitudine = 9°,88
programma Excel:
http://www.cslp.it/
46
azione sismica
Pericolosità sismica di base
PROCEDURA DI CALCOLO
Esempio: sito a Pontremoli: – latitudine = 44°,376
– longitudine = 9°,88
programma Excel:
http://www.cslp.it/
47
azione sismica
Pericolosità sismica di base
PROCEDURA DI CALCOLO
Esempio: sito a Pontremoli: – latitudine = 44°,376
– longitudine = 9°,88
programma Excel:
http://www.cslp.it/
48
azione sismica
Pericolosità sismica di base
PROCEDURA DI CALCOLO
Esempio: sito a Pontremoli: – latitudine = 44°,376
– longitudine = 9°,88
programma Excel:
http://www.cslp.it/
50
effetti locali
Risposta sismica locale
MODIFICAZIONI DEL MOTO SISMICO PROVENIENTE DAL SUBSTRATO CAUSATE DA
CONDIZIONI GEOLOGICHE-GEOMORFOLOGICHE-TETTONICHE-GEOTECNICHE LOCALI
- Vicinanza a faglie sismogenetiche attive (effetti di campo-vicino)
- Amplificazione litostratigrafica
- Amplificazione topografica Effetti di sito
AMPLIFICAZIONE LITOSTRATIGRAFICA propagazione verticale delle onde in profili di suolo e successione stratigrafica a strati piani
e paralleli con contrasto di impedenza meccanica dal basso verso l’alto (effetti di sito 1D) propagazione in configurazioni geologiche complesse con direzione dell’onda incidente
qualsiasi e generazione di fenomeni diffrattivi e onde di superficie (effetti di sito 2D/3D)
AMPLIFICAZIONE TOPOGRAFICA O GEOMORFOLOGICA fenomeno di focalizzazione/defocalizzazione delle traiettorie di propagazione delle onde
sismiche in configurazioni geomorfologiche con rilievi, creste e avvallamenti.
52
effetti locali
Amplificazione litostratigrafica
ESEMPIO: TERREMOTO DI MICHOACÀN M8.1
CITTÀ DEL MESSICO, 19 SETTEMBRE 1985
350 km350 km
danni maggiori agli edifici tra i 6 e i 15 piani
malgrado la distanza di 350 km da ipocentro.
53
effetti locali
Amplificazione litostratigrafica
ESEMPIO: TERREMOTO DI MICHOACÀN M8.1, CITTÀ DEL MESSICO, 19-09-1985
kkStiff soil (“lomas”)
kk
kkTransition zone
kk
kkClays (“zona del lago”)
Accelerometric station
zonazione geotecnica e
accelerogrammi registrati
durante il terremoto a Città
del Messico 19/9/1985 (da
Faccioli, 2003)
kkStiff soil (“lomas”)
kk
kkTransition zone
kk
kk
Clays (“zona del lago”)
Accelerometric station
VS = 60 120 m/s
54
effetti locali
Amplificazione litostratigrafica
ESEMPIO: SISMA DI UMBRIA-MARCHE
26 SETTEMBRE 1997, M5.9
CESI BASSA
CESI
VILLA
55
effetti locali
Amplificazione topografica
a)
b)
Fig. 1 – Response of an indefinite, right wedge to a vertically incident, harmonic SH wave.
a)
b)
Fig. 1 – Response of an indefinite, right wedge to a vertically incident, harmonic SH wave.
a)
b)
Fig. 1 – Response of an indefinite, right wedge to a vertically incident, harmonic SH wave.
a)
b)
Fig. 1 – Response of an indefinite, right wedge to a vertically incident, harmonic SH wave.
(Eurocodice 8-Parte 5)
(da Faccioli e Vanini, 2003)
molto inferiore alla
30°15°
> 15°
S
<
<
1.4> 30°
Fattore di amplificazione topografica (ST)
T
-
a
a
MorfologiaPendenza
media
Pendii scoscesi
isolati 1.2
Larghezza in cresta
larghezza alla base
<
1.2
molto inferiore alla
30°15°
> 15°
S
<
<
1.4> 30°
Fattore di amplificazione topografica (ST)
T
-
a
a
MorfologiaPendenza
media
Pendii scoscesi
isolati 1.2
Larghezza in cresta
larghezza alla base
<
1.2
56
effetti locali
Faccioli E, Vanini M, Frassine L.
“Complex site effects in earthquake
ground motion, including topography”
12th European Conference on Earthquake
Engineering - London, September 2002
Baiardo
Diano Castello
Ceriana
BussanaVecchia
Pompeiana
Baiardo
Diano Castello
Ceriana
BussanaVecchia
Pompeiana
Amplificazione topografica
ESEMPI IN LIGURIA
OCCIDENTALE
57
effetti locali
Effetti di amplificazione sismica locale 2D
focalizzazione onde sismiche su bordo bacino
sviluppo onde di superficie
risonanza 2D in valli profonde
Schematizzazione dell’effetto di amplificazione sismica locale 2D in una valle o bacino
sedimentario causati da fenomeni di diffrazione con generazione di onde di superficie ai bordi.
(da Lai e Paolucci, 2008)
58
effetti locali
Valutazione della risposta sismica locale
Seguendo le prescrizioni delle NTC-08 ai fini della definizione dell’azione sismica di progetto
ad uno specifico sito di costruzione, è necessario valutare l’effetto della risposta sismica locale
mediante:
analisi specifiche e studi di amplificazione sismica locale litostratigrafica e topografica approccio semplificato basato sulla individuazione di categorie di sottosuolo e topografiche
• applicabile solo le l’azione sismica è descritta dallo spettro di risposta elastico oppure
dalla accelerazione di picco ag. Non può essere utilizzato nel caso di accelerogrammi;
• la classificazione del sottosuolo in categorie si effettua in base ai valori della velocità
equivalente VS30 di propagazione delle onde di taglio entro i primi 30 m di profondità;
• nel caso la misura diretta di VS30 non sia disponibile, la classificazione può essere condotta
sulla base dei parametri NSPT,30 e cu,30 per terreni a grana grossa e fine rispettivamente.
60
effetti locali
Valutazione della risposta sismica locale
N,1i S
i30,S
iV
h
30V VS media
N,1i
ithi
ti
K..1i i,u
i
K..1ii
30,u
c
h
h
c
M..1i i,SPT
i
M..1ii
30,SPT
N
h
h
N
In alternativa al VS30, la classificazione del
sottosuolo può essere condotta sulla base
di NSPT,30 e cu,30 in suoli a grana
grossa/fine:
Utile in valutazioni sicurezza a scala territoriale (Liv. 1)
61
effetti locali
Valutazione della risposta sismica locale
0
5
10
15
20
25
30
0 10 20 30 40 50
NSPT [colpi/piede]
Pro
fon
dit
à d
al
pia
no
cam
pag
na [
m]
SPT-BH1
SPT-BH2
stima cautelativa
Maglio
Guida
Testa di battuta
Aste
CadutaH=76cm
P.C.
Falda
Parete del foro odel rivestimento
Acqua o fango
Campionatore
Standard Penetration Test ( Prova SPT)
M..1i i,SPT
i
M..1ii
30,SPT
N
h
h
N
K..1i i,u
i
K..1ii
30,u
c
h
h
c
62
effetti locali
Valutazione della risposta sismica locale
PROFONDITÀ PER LA CLASSIFICAZIONE
Per le fondazioni superficiali, tale
profondità è riferita al piano di imposta delle
stesse, mentre per le fondazioni su pali è
riferita alla testa dei pali.
Nel caso di opere di sostegno di terreni
naturali, la profondità è riferita alla testa
dell’opera.
Per muri di sostegno di terrapieni, la
profondità è riferita al piano di imposta della
fondazione.
piano d’imposta
(da NTC 14-01-2008)
63
effetti locali
Valutazione della risposta sismica locale
CLASSIFICAZIONE DI SUOLI STRATIFICATI
Nel caso di sottosuoli costituiti da stratificazioni di terreni a grana grossa e a grana fina,
distribuite nei primi 30 m di profondità, ricadenti nelle categorie da A ad E, se non si dispone
di misure dirette della velocità delle onde di taglio si può procedere come segue:
• determinazione di NSPT,30 limitatamente agli strati di terreno a grana grossa compresi
entro i primi 30 m di profondità dal piano di imposta delle fondazioni;
• determinazione di cu,30 limitatamente agli strati di terreno a grana fina compresi entro i
primi 30 m di profondità dal piano di imposta delle fondazioni;
• definizione delle categorie corrispondenti singolarmente ai parametri NSPT,30 e cu,30;
• attribuzione del sottosuolo alla categoria peggiore tra quelle definite al punto precedente.
(da NTC 14-01-2008)
64
effetti locali
Valutazione della risposta sismica locale
CATEGORIE AGGIUNTIVE DI SOTTOSUOLO
Per sottosuoli appartenenti alle categorie S1 ed S2, è necessario eseguire specifiche analisi
per la definizione delle azioni sismiche, particolarmente nei casi in cui la presenza di
terreni suscettibili di liquefazione e/o di argille d’elevata sensitività possa comportare
fenomeni di collasso del terreno.
(da NTC 14-01-2008)
65
effetti locali
Valutazione della risposta sismica locale
CLASSIFICAZIONE TOPOGRAFICA DEI SITI
Per condizioni topografiche complesse è necessario eseguire specifiche analisi di risposta
sismica locale. Per configurazioni semplici si può adottare la seguente classificazione:
Le categorie topografiche menzionate si riferiscono a configurazioni geometriche per lo più bi-
dimensionali, creste o dorsali allungate, e devono essere considerate nella definizione
dell’azione sismica se di altezza maggiore di 30 m.
67
Rappresentazione azione sismica
spettro di risposta elastico storie temporali (accelerogrammi)
calcolo azione sismica
68
calcolo azione sismica
Macrozonazione sismica TR = periodo di ritorno pericolosità “di base”
ag = accelerazione orizzontale di picco
F0 = rapporto di amplificazione massima
TC* = periodo inizio tratto a velocità costante
Microzonazione sismica amplificazione litostratigrafica (SS, CC)
amplificazione topografica (ST)
AZIONE SISMICA
spettri di risposta accelerogrammi
orizzontali/verticali elastici/di verifica acceleraz./spostam.
naturali artificiali sintetici
DIAGRAMMA DI FLUSSO
PER IL CALCOLO
DELL’AZIONE SISMICA
(da NTC 14-01-2008)
69
calcolo azione sismica
Spettro di risposta elastico in accelerazione – comp. orizzontale
ag, Fo, TC* sono i parametri di scuotimento definiti dalla pericolosità “di base”
S = SS·ST coefficiente di categoria di sottosuolo e delle condizioni topografiche
fattore che altera lo spettro per coefficiente di smorzamento da 5%
TC = CC·T*C TB=TC/3
h h
B 0 B 0 g e
T
T 1
F
1
T
T F S a ) T ( S
0 g e F S a ) T ( S h
h
T
T F S a ) T ( S C
0 g e
0 T < T B
T B T < T C
T C T < T D
T D T
h
2 D C
0 g e T
T T F S a ) T ( S
6 . 1 g
a 0 . 4 T
g
D + =
55 . 0 ) 5 /( 10 x + = h
Equazioni dello spettro
elastico – comp. orizz.
70
calcolo azione sismica
Spettro di risposta elastico in accelerazione – comp. orizzontale
AMPLIFICAZIONE STRATIGRAFICA
71
calcolo azione sismica
Spettro di risposta elastico in accelerazione – comp. orizzontale
AMPLIFICAZIONE STRATIGRAFICA
Dalla CIRCOLARE 2 Febbraio 2009 , n. 617 - Istruzioni per l'applicazione delle «Nuove norme tecniche per le costruzioni»
72
calcolo azione sismica
Spettro di risposta elastico in accelerazione – comp. orizzontale
AMPLIFICAZIONE STRATIGRAFICA
Dalla CIRCOLARE 2 Febbraio 2009 , n. 617 - Istruzioni per l'applicazione delle «Nuove norme tecniche per le costruzioni»
73
calcolo azione sismica
AMPLIFICAZIONE TOPOGRAFICA
Spettro di risposta elastico in accelerazione – comp. orizzontale
74
calcolo azione sismica
Spettro di risposta elastico in accelerazione – comp. orizzontale
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
Periodo [s]
Se(
T)
[g]
suolo A
suolo B
suolo C
suolo D
suolo E
Esempio: sito a Pontremoli (MS): lat. = 44°,376; long. = 9°,88
componente orizzontale (TR = 98 anni)
75
calcolo azione sismica
Spettro di risposta elastico in accelerazione – comp. verticale
dove
0≤T<TB
hh
B0B
VgveT
T1
F
1
T
TFSa)T(S
TB≤T<TC Vgve FSa)T(S h
TC≤T<TD
h
T
TFSa)T(S C
Vgve
TD≤T
h
2DC
VgveT
TTFSa)T(S
5.0
g
0Vg
aF35.1F
Equazioni dello spettro
elastico – comp. vertic.
76
calcolo azione sismica
Spettro di risposta elastico in accelerazione – comp. verticale
La componente verticale dello spettro di risposta in accelerazione non è condizionata dal
fenomeno della amplificazione sismica litostratigrafica.
Per tener conto delle condizioni topografiche, in assenza di specifiche analisi si
utilizzano i valori del coefficiente topografico ST definito per la componente orizzontale
dello spettro di risposta in accelerazione.
77
calcolo azione sismica
Spettro di risposta elastico in accelerazione – comp. verticale
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
Periodo [s]
Sve
(T)
[g]
componente verticale (TR = 98 anni)
Esempio: sito a Pontremoli (MS): lat. = 44°,376; long. = 9°,88
78
calcolo azione sismica
Spettro di risposta elastico in spostamento delle componenti orizzontali:
Categoria
sottosuolo TE [s] TF [s]
A 4.5 10.0 B 5.0 10.0
C,D,E 6.0 10.0
T≤TE 2
eDe2
T)T(S)T(S
TE<T≤TF
hh
EF
EooDCgDe
TT
TTF1FTTSa025.0)T(S
T>TF DCggDe TTSa025.0d)T(S
0
5
10
15
20
25
30
35
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Periodo [s]
Sd
e(T
) [c
m]
suolo A
suolo B
suolo C
suolo D
suolo E
Spettri in spostamento per il sito di Pontremoli
componente orizzontale (TR = 98 anni) dg massimo spostamento orizzontale del terreno
79
spettri di risposta di progetto - SLU
• Lo spettro di risposta di progetto rappresentazione dell’azione sismica per analisi elastiche (statiche e dinamiche)
• Permette di eseguire analisi semplificate tenendo conto implicitamente delle capacità dissipative di una struttura per mezzo del fattore di struttura q:
r0 Kqq dove: • q0 valore massimo del fattore di struttura che dipende dal livello di duttilità attesa, dalla tipologia strutturale e dal fattore di sovraresistenza u/1
• KR è un fattore riduttivo che dipende dalle caratteristiche di regolarità in altezza della costruzione.
ge
d a2.0q
)T(S)T(S
80
spettri di risposta di progetto – SLU+SLE
Il fattore di struttura q è definito nelle NTC08 per diverse tipologie di strutture; la sua scelta deve comunque essere adeguatamente motivata.
I valori di u/1 per le diverse tipologie di strutture sono forniti nel capitolo 7 delle NTC08.
Per la componente verticale dell’azione sismica, a meno di adeguate analisi giustificative, si utilizza sempre un fattore di struttura q = 1.5, per qualunque tipologia strutturale e di materiale. Fanno eccezione i ponti, per i quali si usa q = 1.
Per quanto riguarda gli Stati Limite di Esercizio (SLE), si utilizza in ogni caso q = 1 spettro di risposta elastico
82
accelerogrammi
In virtù della loro origine gli accelerogrammi possono essere:
• naturali, ovvero registrazioni relative ad eventi sismici verificatisi in passato, reperibili da
apposite banche dati accelerometriche nazionali/internazionali. Devono soddisfare vincoli.
• artificiali, ottenuti mediante algoritmi di tipo stocastico con il vincolo di essere spettro-
compatibili ad spettro di risposta obiettivo (per es. lo spettro elastico desunto da NTC-08);
• sintetici, ottenuti mediante simulazione numerica della sorgente sismica e del fenomeno
propagatorio fino al sito oggetto di studio. Richiedono dati sismologici e geofisici.
Per le analisi di risposta sismica locale e per problemi geotecnici in generale, è
preferibile utilizzare accelerogrammi naturali, in quanto più realistici. In queste applicazioni
le NTC 14-01-2008 prescrivono che gli accelerogrammi artificiali non sono ammessi.
Impiego di accelerogrammi
83
accelerogrammi
Impiego di accelerogrammi
Le NTC 14/01/2008 al § 3.2.3.6 recitano quanto segue:
• Gli stati limite, ultimi e di esercizio, possono essere verificati mediante l’uso di
accelerogrammi, o artificiali o simulati o naturali.
• Ciascun accelerogramma descrive una componente, orizzontale o verticale, dell’azione
sismica; l’insieme delle tre componenti (due orizzontali, tra loro ortogonali ed una verticale)
costituisce un gruppo di accelerogrammi.
• La durata degli accelerogrammi artificiali deve essere stabilita sulla base della magnitudo
e di altri parametri fisici che influenzano la scelta di ag e SS. In assenza di
studi specifici la durata della parte pseudo-stazionaria deve essere almeno pari a 10 s.
• la parte pseudo-stazionaria deve essere preceduta e seguita da tratti di ampiezza
crescente da zero e decrescente a zero, di modo che la durata complessiva
dell’accelerogramma sia non inferiore a 25 s.
84
accelerogrammi
Impiego di accelerogrammi
Le NTC 14/01/2008 al § 3.2.3.6 recitano quanto segue:
• Gli accelerogrammi artificiali devono avere uno spettro di risposta elastico coerente con lo
spettro di risposta adottato nella progettazione. La coerenza con lo spettro elastico è da
verificare in base alla media delle ordinate spettrali ottenute con i diversi accelerogrammi,
per un coefficiente di smorzamento viscoso equivalente x del 5%.
• L'ordinata spettrale media non deve presentare uno scarto in difetto superiore al 10%,
rispetto alla corrispondente componente dello spettro elastico, in alcun punto del maggiore
tra gli intervalli 0,15s ÷ 2,0s e 0,15s ÷ 2T, in cui T è il periodo fondamentale di vibrazione
della struttura in campo elastico, per le verifiche agli stati limite ultimi, e 0,15 s ÷ 1,5 T,
per le verifiche agli stati limite di esercizio.
85
accelerogrammi
Impiego di accelerogrammi
Le NTC 14/01/2008 al § 3.2.3.6 recitano quanto segue:
• L’uso di accelerogrammi generati mediante simulazione meccanismo di sorgente e della
propagazione è ammesso a condizione che siano adeguatamente giustificate le ipotesi
relative alle caratteristiche sismogenetiche della sorgente e del mezzo di propagazione.
• L’uso di accelerogrammi registrati è ammesso, a condizione che la loro scelta sia
rappresentativa della sismicità del sito e adeguatamente giustificata in base alle
caratteristiche sismogenetiche della sorgente, alle condizioni del sito di registrazione, alla
magnitudo, alla distanza dalla sorgente e alla accelerazione orizz. di picco attesa al sito.
• Gli accelerogrammi registrati devono essere selezionati e scalati in modo da
approssimare spettri di risposta nel campo di periodi di interesse per problema in esame.
86
accelerogrammi
C3.2.3.6 Impiego di accelerogrammi Nel § 3.2.3.6 delle NTC08 “E’ specificato come gli accelerogrammi artificiali debbano rispettare vincoli di compatibilità media con lo spettro elastico di riferimento, mentre per quanto riguarda quelli simulati e naturali è prudentemente indicato che si qualifichi la scelta in base alle effettive caratteristiche della sorgente, della propagazione e/o dell’evento dominante.
Tuttavia, non sono sempre disponibili informazioni dettagliate sui meccanismi di sorgente nonché sulla magnitudo e la distanza determinanti lo spettro di sito nell’intervallo di periodi di interesse per la struttura in esame. E’ quindi possibile, in alternativa, utilizzare le condizioni di compatibilità spettrale media definite per i segnali artificiali anche per quelli naturali, avendo cura in ogni caso di rispettare le condizioni geologiche di sito e di scegliere accelerogrammi il cui spettro è, per quanto possibile, generalmente simile a quello di riferimento.”
Gli accelerogrammi possono essere scalati linearmente in ampiezza limitando il fattore di scala nel caso di segnali provenienti da eventi di piccola magnitudo.
87
accelerogrammi
Impiego di accelerogrammi
Infine al § 7.3.5 le NTC 14/01/2008 recitano quanto segue:
• Se la risposta viene valutata mediante analisi dinamica con integrazione al passo, in campo
lineare o non lineare, le due componenti accelerometriche orizzontali (e quella verticale, ove
necessario) sono applicate simultaneamente a formare un gruppo di accelerogrammi.
• Gli effetti sulla struttura sono rappresentati dai valori medi degli effetti più sfavorevoli
ottenuti dalle analisi, se si utilizzano almeno 7 diversi gruppi di accelerogrammi, dai
valori più sfavorevoli degli effetti, in caso contrario.
• In nessun caso si possono adottare meno di tre gruppi di accelerogrammi.
88
accelerogrammi
• contenuto energetico e in frequenza (numero di cicli)
• durata in relazione ai parametri sismogenetici di scenario
• giusta correlazione temporale tra le componenti del moto H e V
• corrispondenza tra le fasi e non solo sulle ampiezze (spettrogrammi)
• corrispondenza con gli scenari (sismotettonica) di interesse al sito
Gli accelerogrammi REALI sono preferibili rispetto a quelli ARTIFICIALI in quanto
rappresentano in modo più realistico le caratteristiche dello scuotimento per quanto riguarda:
SCELTA TIPOLOGIA DEGLI ACCELEROGRAMMI
89
accelerogrammi
SCELTA TIPOLOGIA DEGLI ACCELEROGRAMMI
ESEMPIO: Selezione di accelerogrammi naturali al sito di Fivizzano
PGA475 = 0.191g
M = 5.5, d = 13 km
Criteri di selezione:
• Stazioni ubicate in siti rocciosi affioranti
• Magnitudo = 0.2 M = 5.3 – 5.7
• Distanza = 4 km d = 9-17 km
• Magnitudo = 0.5 M = 5.0 – 6.0
• Distanza = 7 km d = 6-20 km
Fivizzano
(da Dall’Ara et al., 2006)
90
DATI DISPONIBILI f (M,R) | roccia
European Strong Motion Database
PEER
DATI DISPONIBILI f (M,R) | roccia
European Strong Motion Database
PEER
accelerogrammi
SCELTA TIPOLOGIA DEGLI ACCELEROGRAMMI
• coppie (M, R) su siti “rigidi”
• stesso regime tettonico
(da D
all’
Ara
et al., 2006
)
92
accelerogrammi
SCELTA TIPOLOGIA DEGLI ACCELEROGRAMMI
CARATTERISTICHE DI UN GRUPPO DI ACCELEROGRAMMI da impiegare per le analisi, estratti da un insieme selezionato con criteri
soddisfacenti a vincoli sismologici (M, d) desunti dalla DEAGGREGAZIONE L’adattamento deve essere verificato per la MEDIA delle ordinate e non per il
singolo spettro. Ulteriori criteri:
• considerando lo spettro medio nel campo di periodi significativo (0.15 s ÷ 2 s) • lo scarto massimo in difetto non deve essere elevato (<10%) • lo scarto positivo massimo dei singoli spettri non deve essere eccessivo
(da Dall’Ara et al., 2006)
93
accelerogrammi
SCELTA TIPOLOGIA DEGLI ACCELEROGRAMMI Selezione di accelerogrammi naturali spettro-compatibili ad uno spettro
isoprobabile (TR = 475 anni) al sito di Fivizzano (Lucca)
(da Dall’Ara et al., 2006)
94
accelerogrammi
SCELTA TIPOLOGIA DEGLI ACCELEROGRAMMI
(da Dall’Ara et al., 2006)
Selezione di accelerogrammi naturali spettro-compatibili ad uno spettro
isoprobabile (TR = 475 anni) al sito di Fivizzano (Lucca)
Probabilistico (PR 475)
95
spettro mediospettro medio
accelerogrammi
SCELTA TIPOLOGIA DEGLI ACCELEROGRAMMI
Selezione di accelerogrammi naturali spettro-compatibili ad uno spettro
isoprobabile (TR = 475 anni) al sito di Fivizzano (Lucca)
ANALISI DEI SINGOLI SPETTRI DI RISPOSTA
Contributi diversi con varietà di forme spettrali
97
accelerogrammi
SCELTA TIPOLOGIA DEGLI ACCELEROGRAMMI
kk
kkSlip, in m
kkTime, in s
kkObservationpoint
Ground motion at the
observation point (Green’sfunction) generated by aninstantaneous slip at the
point (A) on the fault
Accelerogrammi Sintetici
(da Spudich & Hartzell, 1985))
98
accelerogrammi
SCELTA TIPOLOGIA DEGLI ACCELEROGRAMMI
Spostamento
in direzione y
z
y
Spostamento
in direzione z
Accelerogrammi Sintetici: sismogrammi sintetici calcolati per la galleria Serro-
Montefalco sul raddoppio della linea ferroviaria Caserta-Foggia.
(da Corigliano et al., 2008)
100
Approccio più accurato di quello semplificato proposto da NTC 2008; da
applicare necessariamente se l’azione sismica è descritta per mezzo di
accelerogrammi.
Sono effettuate con procedure di calcolo numerico in cui viene simulata la
propagazione delle onde sismiche entro gli strati di terreno compresi tra il
substrato rigido e il piano campagna.
In generale, queste analisi richiedono le seguenti operazioni:
- scelta della schematizzazione geometrica del problema;
- definizione del modello geotecnico di sottosuolo;
- definizione delle azioni sismiche al substrato rigido;
- scelta della procedura di analisi.
analisi specifiche di risposta sismica locale
101
analisi specifiche di risposta sismica locale
Schematizzazione del problema di analisi dinamica di un terreno stratificato soggetto a
propagazione verticale di onde sismiche (analisi 1D):
(da Lai e Paolucci, 2008)
102
analisi specifiche di risposta sismica locale
1. Definizione di curve G=G() e D=D() per i diversi strati, essendo G il modulo di taglio del suolo e D il rapporto di smorzamento.
2. Inizializzazione dei valori del modulo di taglio e del fattore di smorzamento ai livelli di piccole deformazioni (G0 e D0).
3. Calcolo della risposta dinamica del suolo e valutazione della deformazione massima a taglio in ogni strato (1 in Figura 10).
4. Aggiornamento dei valori G1=G(1) e D1=D(1).
5. Iterazione dei passi 3 e 4 fino a convergenza (j+1~j).
G0 Modulo di taglio
G1
G2
Deformazione angolare
1
G3
2 3
D0
Rapporto di smorzamento
D3
D2
Deformazione angolare
1
D1
2 3
Schema del procedimento iterativo per il modello lineare equivalente (SHAKE/EERA):
(da Lai e Paolucci, 2008)
103
analisi specifiche di risposta sismica locale
Esempio: sito localizzato a Pontremoli.
Schematizzazione geometrica: strati piani paralleli, sito pieneggiante modello 1D, proprietà dei materiali variano solo in direzione verticale. Campo d’onda costituito da onde SH.
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
0.0001 0.001 0.01 0.1 1
Deformazione [%]
G/
Gm
ax [
-]
Sabbia molto addensata
Sabbia mediam. addensata
Roccia
0
5
10
15
20
25
30
0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10
Deformazione [%]Sm
orz
am
en
to [
%]
Sabbia molto addensata
Sabbia mediam. addensataRoccia
0.0
5.0
10.0
15.0
0 400 800 1200 1600
Vs [m/s]
Pro
fon
dit
à [
m]
Definizione del modello geotecnico:
prova downhole profilo VS
curve di degradazione dei materiali (da letteratura)
104
analisi specifiche di risposta sismica locale
Definizione dell’azione sismica: 7 terne di accelerogrammi naturali numero minimo per usare risultati medi
Selezionati da banche dati (i.e. European Strong Motion Database) sulla base di:
- risultati disaggregazione M = 5.09, d = 6.37 km
- condizioni sito roccia
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
Periodo [s]
Accele
razio
ne s
pett
rale
[g
]
acc1
acc2
acc3
acc4
acc5
acc6
acc7
medio
NTC08
- spettro-compatibilità con lo spettro delle NTC08 su roccia
105
analisi specifiche di risposta sismica locale
Scelta della procedura di analisi: codice 1D - analisi lineare equivalente EERA (Equivalent-Linear Earthquake site Response Analysis – Bardet, 2000):
7 accelerogrammi applicati al substrato roccioso e propagati attraverso il profilo risultati:
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
Periodo [s]
Accele
razio
ne [
g]
acc1
acc2
acc3
acc4
acc5
acc6
acc7
medio
Spettri di risposta in accelerazione in superficie dei 7 accelerogrammi e
spettro medio
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0 1 2 3 4 5 6
Periodo [s]
Accele
razio
ne s
pett
rale
[g
]
Spettro medio
NTC08 suolo E
Confronto spettro medio in superficie e spettro NTC08 per suolo E, categoria del sito in esame