Geologia e Litologia 2010 2011Geologia e Litologia 2010 2011Appunti di sismologia:Appunti di sismologia: come si misura e si localizza un terremoto
Come si misura la forza di un terremoto ?
Movimento oscillatorio del terreno
Effetti sull’ambiente, sull’uomo e sulle strutture antropiche
Magnitudo(Dati strumentali)
Intensità(Dati macrosismici)
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Propagazione delle onde
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Sismografo
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Sismometri vecchi e nuovi
SismometrimeccaniciWeichert
Sismometridigitali
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Sismogrammi
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sismogramma
magnitudo
Magnitudo “Richter” (1935)
Magnitudo Richter (scala logaritmica)ampiezza del movimento
Ampiezza oscillazione registrataM=log10 ---------------------------------------------
Ampiezza oscillazione di riferimento
Stazione sismica a 100 km da epicentro
Stazione sismica di riferimento(a 100 km da epicentro)Terremoto di riferimento: M=1Ampiezza oscillazione: 0,001 mm
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Sample of the data used by Richter to construct the magnitude scale for southern California. Thesymbols represent observed peak ground motions for earthquakes recorded during January of 1932 (different symbols represent different earthquakes). The dashed lines represent the referencecurve for the decrease in peak-motion amplitude with increasing distance from the earthquake. Amagnitude 3.0 earthquake is defined as the size event that generates a maximum ground motion of 1millimeter (mm) at 100 km distance.
Ricostruzione della scala magnitudo
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Ricostruzione della scala magnitudo
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La magnitudo di terremoti che avvengono a distanze epicentrali diverse dai 100 km può essere calcolata se si conosce la legge di attenuazione dell’ampiezza delle diverse onde sismiche con la distanza epicentrale.
Richter ricavò nel 1935 la seguente equazione della Magnitudo locale (ML) per terremoti superficiali californiani con distanze epicentrali tra 200 e 1.500 km:
ML = log10 Amax + 3 log – 3,37
Amax = ampiezza massima in mm(onde P, S o superficiali)
= distanza epicentrale (km)
Gutenberg e Richter nel 1936 definirono la Magnitudo MS, determinata in basa al valore della massima ampiezza del movimento del suolo (in micron) prodotto da onde Rayleigh di periodo uguale a 20 sec.
MS = log A + a f( , h) + b
a e b = due costanti; h = profondità ipocentrale;f( ,h) = funzione che deve essere determinata per ogni
stazione sismografica. (buone applicazioni fino a Magnitudo 8)
(fattore correttivo per la distanza)
Il sistema trovava una buona applicazione fino a (ML) = 6,5 (al di sopra l’energia veniva sottostimata).
ML ed Ms
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Per costruire modelli realistici dei processi sismogenetici sono stati studiati altri parametri relativi alla zona di sorgente del sisma (caratteristiche della zona focale e dinamica del processo di fratturazione), deducibili dalle informazioni contenute nei sismogrammi.
Parametri relativi alla zona di sorgente
Meccanismo focale
Momento sismico
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Per costruire modelli realistici dei processi sismogenetici sono stati studiati altri parametri relativi alla zona di sorgente del sisma (caratteristiche della zona focale e dinamica del processo di fratturazione), deducibili dalle informazioni contenute nei sismogrammi.
Meccanismo focale
Sulla base della teoria del rimbalzo elastico (lenta deformazione, rottura con spostamento e rimbalzo, nuova posizione di equilibrio),
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Per costruire modelli realistici dei processi sismogenetici sono stati studiati altri parametri relativi alla zona di sorgente del sisma (caratteristiche della zona focale e dinamica del processo di fratturazione), deducibili dalle informazioni contenute nei sismogrammi.
Meccanismo focale
Sulla base della teoria del rimbalzo elastico (lenta deformazione, rottura con spostamento e rimbalzo, nuova posizione di equilibrio),
i segnali registrati nei sismografi ubicati intorno all’epicentro (verso e ampiezza del primo impulso P o S) permettono di individuare zone in compressione e in distensione
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Per costruire modelli realistici dei processi sismogenetici sono stati studiati altri parametri relativi alla zona di sorgente del sisma (caratteristiche della zona focale e dinamica del processo di fratturazione), deducibili dalle informazioni contenute nei sismogrammi.
Meccanismo focale
Sulla base della teoria del rimbalzo elastico (lenta deformazione, rottura con spostamento e rimbalzo, nuova posizione di equilibrio),
e di conseguenza l’orientazione del piano di faglia e il movimento relativo dei due lati della faglia.
i segnali registrati nei sismografi ubicati intorno all’epicentro (verso e ampiezza del primo impulso P o S) permettono di individuare zone in compressione e in distensione
Proiezione utilizzata per la rappresentazione dei meccanismi focali (F ipocentro, E epicentro, quadranti compressivi in nero).
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Meccanismo focale
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Meccanismo focale
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Un ulteriore parametro relativo alla zona di sorgente del sisma, deducibile dalle informazioni contenute nei sismogrammi, è il Momento Sismico (Mo).
Momento sismico
In fisica:
momento = forza x braccio (distanza dal centro di rotazione di un sistema).
Considerando due differenti blocchi di una faglia a contatto ed in moto relativo:
M0 = μ * A * d
Mo = momento sismico dyne/cm μ = modulo di rigidità dyne/cm2
A = area di rottura cm2
d = scorrimento medio cm
(Aki, 1966; De Polo & Slemmons, 1990)
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Un ulteriore parametro relativo alla zona di sorgente del sisma, deducibile dalle informazioni contenute nei sismogrammi, è il Momento Sismico (Mo).
Momento sismico
M0 = μ * A * d
Mo = momento sismico dyne/cm μ = modulo di rigidità dyne/cm2
A = area di rottura cm2
d = scorrimento medio cm
(Aki, 1966; De Polo & Slemmons, 1990)
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Nel contesto del processo di rottura del terremoto lo stress drop è la differenza di sforzo sul piano di faglia prima e dopo la rottura. Quindi dipende dalle proprietà fisiche della roccia interessata e dalla loro variazione sul piano di taglio. In effetti alcune zone della superficie di faglia possono essere più “forti” di altre e quindi sostenere e rilasciare uno sforzo superiore
rispetto ad altre porzioni della faglia. Lo stress drop statico è quindi un valore “mediato”, funzione dell’energia totale liberata dal
terremoto (ricavata dal momento sismico o dalla magnitudo) e della dimensione della rottura. In effetti si può modellare la rottura in modo da definire la distribuzione del Δσ sul piano di rottura.
In altre parole, l’energia rilasciata durante un terremoto viaggia come onde sismiche, che si esprimono soprattutto come moti vibratori del suolo, direttamente collegati al suo Δσ.
Quindi lo stress drop, che si spera essere “caratteristico” di una faglia sismogenetica, anzi di una regione, è importante per modellare la sorgente sismica e quindi il conseguente moto del suolo atteso in un particolare luogo (leggi di attenuazione). In particolare, il comportamento
dello Δσ con l’aumentare della magnitudo, ha un impatto pratico molto rilevante per le stime di hazard sismico,
Δσ~ M0fc3Nel modello di Brune lo stress drop
sostituisce la dimensione della faglia nella descrizione della sorgente sismica
Stress drop = slip/dimensione faglia(Modello di Brune)Stress drop
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Stress drop = slip/dimensione faglia(Modello di Brune)Stress drop
Δσ~ M0fc3Nel modello di Brune lo stress drop
sostituisce la dimensione della faglia nella descrizione della sorgente sismica
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dynamic stress drop = 7 Mo / 16 r3
Eshelby (1957)
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fc
Ω0
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I sismologi hanno di recente sviluppato una scala standard di magnitudo che e' completamente indipendente dal tipo di strumento utilizzato definita Magnitudo Momento (Mw) derivata dal momento sismico (Mo).
Conversione del momento sismico (Mo) in magnitudo Mw):
La magnitudo Mw è utilizzata generalmente per forti terremoti e può' assumere valori anche negativi.
Mw = 2 / 3 * log10(M0) - 10.73
Magnitudo momento
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ML Magnitudo LocaleIntrodotta da Richter, calcolata abbastanza rapidamente con stazioni della rete locale (tipo Wood Anderson) a 600 km massimo dall'epicentro, attraverso la misura dell'elongazione massima del sismogramma. Il campo di applicabilità è vasto.
MS MagnitudoViene calcolata sull'arrivo delle onde superficiali, e di conseguenza non risulta adeguata per i terremoti profondi (in grado di produrre onde superficiali poco sviluppate).
MO Momento Sismico ScalareE' proporzionale (come anche il Momento tensore) al rilascio di deformazione elastica nella zona ipocentrale e rappresenta l'energia sismica rilasciata (1023-25 dyne cm). E' calcolato generalmente attraverso il metodo CMT (dallo spettro di spostamento delle onde S).
MW Magnitudo MomentoViene calcolato attraverso i dati del Tensore Momento Sismico e del Momento Sismico Scalare (Mo), che vengono determinati con il metodo CMT. Non sempre ci sono i dati per calcolarlo. Tempi di calcolo molto lunghi, ma molto attendibili in quanto vengono utilizzate le onde di volume a periodi lunghi (T>30 sec.) registrate su stazioni a scala globale (Rete Sismografica Globale), con distanze ipocentrali anche di 2000 km ( telesismiche).
MD Magnitudo DurataViene calcolata molto rapidamente ma lascia incertezze (in modo particolare per i grossi terremoti che sono seguiti da repliche in rapida successione sulla coda dell'evento principale). I valori sono affidabili solo per magnitudo basse. MD sottostima generalmente l'evento se confrontato con ML.
Magnitudo
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tutte
20-180°
16-100°
0-400
0-400 km
distanza
-< 4durata scuotimentoMDDurata
>3,5
5-8
4-7
2-6
M range
20 sRaleighMsSurface-Wave
>100 sArea rottura, Slip MwMomento
P (eventi profondi)
S o superficie
Onda
1 smbBody-Wave
0.8 s MLLocale Richter
TSimboloMagnitudo
Magnitudo scala logaritmica1 grado M 10 volte ampiezza scuotimento1 grado M energia ca. 32 volte superiore
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Metodo CMT (Centroid Moment Tensor)
Sistema sviluppato ad Harvard, viene applicato per stimare i parametri fondamentali di tutti i terremoti con magnitudo elevate (M > 4.0) su tutto il globo. Utilizza le onde di volume a periodi lunghi e fornisce:• Tensore Momento Sismico;• Momento Sismico Scalare (MO);• Meccanismi focali;• Geometria della faglia.
Sequenza di Colfiorito
5,75,55,415:2314-ott
6,05,85,809:4026-set
5,75,65,500:3326-set
MWMLMSOra (GMT)Data
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sforzo
prima
dopoterremoto
scorrimento
asperità barriere
Modelli di rotturacercano di spiegare: diverse grandezze terremoti in varie regioni della terra,
rotture multiple (terremoti in seguenza) e aftershocks sul piano
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Legge di Gutenberg & Richter
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log ES = 11.8 + 1.5 MW (erg)
Kanamori, H., 1977
ENERGIA DEL TERREMOTOLa magnitudo e il momento sismico sono relazionabili all’energia irradiata da un terremoto sotto forma di onde elastiche (esclusa l’energia dissipata in calore). Richter e Guttenberg svilupparono per primi una relazione tra magnitudo ed energia, sulla base dei segnali registrati nei sismografi.
Più recentemente è stata sviluppata la relazione tra momento sismico ed energia delle onde sismiche.
Energia = Momento / 20.000
log E = b + c M
Altre formule sono seguite a quella di Richter e Guttenberg, ma sostanzialmente variando i valori delle costanti b e c.
L’energia sismica emessa annualmente è compresa tra 1025 e 1026 erg.
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Come si localizza un terremoto ?
Movimento del terreno
Effetti sull’ambiente, sull’uomo e sulle
strutture antropiche
Dromocrone Intensità
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Dromocrone
Localizzazione strumentale
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Strumenti:•Corto periodo 1 sec•Larga banda > 20 sec
•Analogici•Digitali•1 o 3 componenti•trasmissioni real time o near realtime a sala operativa in radiofrequenza, linee telefoniche dedicate, via satellite
e tramite rete GAR.
da Sito INGV
Retesismometrica
italiana
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Stazione sismometrica
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Come si misura la forza di un terremoto ?
Movimento oscillatorio del terreno
Effetti sull’ambiente, sull’uomo e sulle strutture antropiche
Magnitudo(Dati strumentali)
Intensità(Dati macrosismici)
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Effetti sull’uomo, sulle cose e
sull’ambiente
Scala MCS Mercalli – Cancani – Sieberg
(1930)
Intensità
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Intensità
Scala MCS Mercalli – Cancani – Sieberg
(1930)
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I grado: Pane, amore e gelosia (L. Comencini) 1954
II grado: Il diavolo alle quattro (M. Le Roy) 1961
III grado: The sisters(L. Comencini) 1938
IV grado: San Francisco (W. Van Dyke) 1936
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Cinema e terremoti
V grado: Terremoto (M. Robson) 1975
VI grado: Flame of barbary coast (J. Kane) 1945
VII grado: Sodoma e Gomorra(R. Aldrich e S. Leone) 1962
VIII grado: Terremoto (M. Robson) 1975
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Cinema e terremoti
IX grado: The sisters(L. Comencini) 1938
X grado: Superman (R. Donner) 1978
XI grado: San Francisco (W. Van Dyke) 1936
XII grado: Fantasia (W. Disney) 1940
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Dipende da:Dipende da:
Fattori naturaliFattori naturali
magnitudomagnitudo
profonditprofonditàà ipocentraleipocentrale
distanza epicentraledistanza epicentrale
duratadurata
numero e tipo di scossenumero e tipo di scosse
natura e morfologia del terreno (fattori locali)natura e morfologia del terreno (fattori locali)
Fattori antropiciFattori antropici
tipologia e forma dei fabbricati e delle fondazionitipologia e forma dei fabbricati e delle fondazioni
Intensità
Da Gastaldi, Carta del Terremoto di San Severo,
1627
Geologia e Litologia 2010 2011Geologia e Litologia 2010 2011Appunti di sismologia:Appunti di sismologia: come si misura e si localizza un terremotoNatura e morfologia del terreno (fattori locali) Intensità
Definizione dell’earthquake ground motions
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IntensitàDanneggiamenti differenziati del Colosseo
Natura e morfologia del terreno (fattori locali)
Valle alluvionale recente (Olocene)
Valle alluvionale antica (Pleistocene medio)
A) Riporti (Olocene)
B) Alluvioni (Olocene)
C) Unità Aurelia (Pleist. medio)
D) Tufi antichi (Pleist. medio)
E) Unità b Paleotevere 2 (Pleist. medio)
F) Unità a Paleotevere 2 (Pleist. medio)
G) Bedrock (Pliocene sup.)
A
BC
D
E F
G
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De Rossi, 1873
IntensitàScale di Intensità fine secolo XIX
De Rossi - Forel, 1883
Mercalli, 1897
Mercalli, 1902
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Scala MM (Modified Mercalli), 1931
influenza della tipologia costruttiva
Scala MCS (Mercalli – Cancani – Sieberg), 1930non tiene conto del tipo di fabbricati (buona per i terremoti storici)
Scala MM (Modified Mercalli), 1956tiene conto del tipo di fabbricati (4 classi) ma non della qualità
Scala MSK (Medvev – Sponheuer - Karnik), 1964tiene conto del tipo di fabbricati (3 classi) e del danneggiamento (%)
IntensitàScale di Intensità secolo XX e XXI
Scala EMS (European Macroseismic Scale), 1992
Scala ESI (Environmental Seismic Intensity), 2007basata solo sugli effetti cosismici ambientali; indipendente dal livellodi sviluppo economico della regione colpita dal terremoto
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Confrontotra varie scale di intensità(Reiter, 1990)
Intensità
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Summary table of the effects on the ground described in the intensity scales
Effects Intensity (MSK) (MCS)
-Cracks in saturated soil and/or loose alluvium up to 1 cm,- in saturated soil and/or loose alluvium a few cm,- in saturated soil and/or loose alluvium up to 10 cm,- in saturated soil and/or loose alluvium a few dm up to one m- on road backfills and on natural terrigenous slopes over 10 cm- on the dry ground or on asphalted roads-Faults in terrigenous terrains and in rocky terrains-Liquefaction and or mud volcanoes and/or susidence-Landslides in sand or gravel dykes- in terrigenous slopes-Rockfalls-Clouding in the closed water bodies and formation of waves-Water bodies new formation-Flooding-Water level variation of the groundwater level and the flow rate of springs
VIVIIIIXX
VII - IXVII – XIXI - XIIIX – XVII – XVI – XIIX – XIIVII – IX
VIII – XIIX – XIIV - X
VIII
XVIII
X – XIXI
X – XIVII
X - XIX – XI
VII – VIIIXIIX
VII - X
ESI2007 SCALE
(Environmental Seismic Intensity Scale)
The ESI scale is based on environmental effects only
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Come si localizza un terremoto ?
Movimento del terreno
Effetti sull’ambiente, sull’uomo e sulle
strutture antropiche
Dromocrone Intensità
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Localizzazione macrosismica
(Studio Macrosismico)Carte delle intensità, attribuite sulla base
delle descrizioni dei danneggiamenti
Lo studio macrosismico di un terremoto viene effettuato rilevando direttamente i danni e le reazioni delle persone in tutta l’area in cui il sisma è stato avvertito, e confrontando i dati raccolti con la scala di Intensità.
Ad ogni località viene assegnato un grado di intensità, che sintetizza con un singolo valore il quadro di massimo risentimento, cercando di escludere i cosiddetti effetti di sito, cioè condizioni di instabilità legate a particolari situazioni geomorfologiche e geotecniche, che tendono ad amplificare localmente le onde sismiche e quindi a determinare effetti superiori al valore effettivo.
L’intensità risulterà massima nell’area epicentrale (Intensità Epicentrale o semplicemente Io) e decrescerà con la distanza secondo leggi di attenuazione in genere variabili con la direzione, fino a zone prive di effetti.
Dopo aver riportato su di una carta i valori delle intensità per tutte le località prese in considerazione, si tracciano delle linee chiuse (isosisme o piani quotati) che definiscono zone in cui il terremoto si è manifestato con la stessa intensità.
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Localizzazione macrosismica
Terremoto delSannio del
1688
(Studio Macrosismico)Carte delle intensità, attribuite sulla base
delle descrizioni dei danneggiamenti
Isosisme
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Magnitudo
affidabilità del dato dati strumentali(formule non
approssimative)
lettura e interpretazione di dati storici
diversa attendibilità nei diversi periodo storici
esigenza diversa nei vari paesi di smorzare o accentuare gli effetti
influenza della presenza dell’uomoe delle sue strutture
finestra temporale stretta (XX sec.)
ampia (documentazione storica
per più di 2.000 anni)
Magnitudo e Intensità a confronto
Intensità
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