DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE E AMBIENTALE
UNIVERSITÀ DI CATANIA
VALUTAZIONE DELLA AZIONE SISMICA
APPROCCIO DETERMINISTICO
DOCENTE: SALVATORE GRASSO
Corso di Geotecnica nella difesa del territorio
A.A. 2015-2016
AZIONE SISMICA: MODELLAZIONE DELLA SORGENTE
E
Possibile frana
C
d
Possibile liquefazione
C
C
D
H
B’
B
R
SJL99 ROCKLIKE
A = area faglia
PGA(g)
SJL99
1 000
1.000
SJL99+s.d.
D = spostamento faglia
A
E = epicentro
D
d = distanza epicentrale
R = distanza ipocentrale
τ
0.100
D
0 010
0.010
Curve
Attenuazione
E = Δτ
Δ AD
Δτ
1
10
100
Km
AMB
AMB95 (eq.2)
AMB95(2)+s.d.
AMB95(eq.4)
amb95(4)+s.d.
PGA(g)
10,0
1,0
D
0,1
B = accelerazione al bedrock
0,0
p
in superficie
p
(amplificazione,
( p
, liquefazione,
q
, frana))
C = risposta
D = interazione terreno-struttura
1
10
100
Km
TERREMOTO DI PROGETTO: CRITERIO DETERMINISTICO
METODOLOGIA PER LA VALUTAZIONE DELLA
RISPOSTA IN SUPERFICIE
Valutazione per mezzo di
accelerogrammi
l
i sintetici:
i t ti i
z
z
z
z
z
faglie attive (sismogenetiche);
modello di sorgente;
leggi di attenuazione;
accelerogrammi sintetici al
bedrock;
accelerogrammi sintetici in
superficie considerando gli
superficie,
effetti di sito sulla base della
velocità media Vs stimate per i
singoli strati
strati.
Valutazione per mezzo di
accelerogrammi
l
i registrati
i t ti e scalati:
l ti
z
z
z
z
z
registrazioni di accelerogrammi su
roccia;;
accelerogrammi scalati in ampiezza;
accelerogrammi scalati in termini di
f
frequenza;
profilo del terreno in termini di Vs
nei 30-70 m superficiali;
p
;
valutazione della risposta in
superficie.
Mappa del massimo terremoto credibile
MASSIMO TERREMOTO CREDIBILE:
TERREMOTO DI SCENARIO
IL TERREMOTO
O O DELL’ 11/01/1693
/0 / 693
•
•
•
•
•
Intensità XI MCS all’epicentro;
Epicentro localizzato in mare
non lontano dalla costa
Terremoto distruttivo, con
40000 morti e 45 città e paesi
distrutti;
Catania totalmente distrutta con
vittime
itti
parii ad
d 1/2 della
d ll
popolazione;
Evento sismico ritenuto simile
all terremoto del
d l 1169.
1169
CRITERIO DETERMINISTICO:
MODELLAZIONE DELLA SORGENTE
FAGLIA GENERATRICE: SCARPATA IBLEOIBLEO-MALTESE
z
Posizione degli epicentri
dei terremoti del 1693 e del
1990 (cerchi blu);
z
Posizione dei 5 transetti
lungo i quali sono stati
valutati gli accelerogrammi
sintetici;
z
Localizzazione della
stazione accelerometrica
ENEA-ENEL che ha
registrato il terremoto del
13 12 1990 (triangolo nero).
13.12.1990
nero)
(Priolo, 2000)
CRITERIO DETERMINISTICO:
ACCELEROGRAMMI SINTETICI PER IL TERREMOTO DI SCENARIO
(Grasso et al., 2005)
SEISMIC MICROZONATION STUDIES AND SITE RESPONSE ANALYSIS IN THE CITY OF CATANIA
SPEM-2D vs. GEODIN
SEISMIC INPUT at Z=30 m
AMAX=2
2.16
16 m/s2
SPEM 2-D
2D
AMAX=3.36 m/s2
at SURFACE:
Computed by SPEM 2-D
GEODIN
AMAX=3.34 m/s2
SEISMIC MICROZONATION STUDIES AND SITE RESPONSE ANALYSIS IN THE CITY OF CATANIA
SOIL PROFILE ACCORDING TO 22-D SPEM CODE
Site 3
Soil formation
Thickness (m)
VS (m/s)
Aa
123
250-500
Spa
-
775
SOIL PROFILE ACCORDING TO 11-D GEODIN CODE
(m)
Soil
formation
21
2.1
Alf
Soil mass (ρ)
2
4
(KNs /m )
1 87
1.87
3.3
Aa
2.03
250
126.875
4.54
4
Alf
1.87
300
168.30
4.54
4.8
Aa
2.03
250
126.875
4.54
7.6
Alf
1.87
300
168.30
4.54
18
Alg
1.87
300
168.30
4.54
Depth
VS
(m/s)
G0
(MPa)
Dmin
(%)
300
168 30
168.30
4 54
4.54
SEISMIC MICROZONATION STUDIES AND SITE RESPONSE ANALYSIS IN THE CITY OF CATANIA
SPEM-2D vs. GEODIN
Analysis of the effects on site amplification due to:
• Seismic input (synthetic vs. scaled recorded)
• Vs soil profile (simplified vs. detailed)
• Depth of the conventional bedrock (30 vs. 70 m)
• Soil behaviour (linear vs
vs. non-linear)
COMPARISON BETWEEN 1-D and 2-D
PGA RADIAL COMPONENT
COMPARISON BETWEEN 1-D and 2-D PGA
RADIAL COMPONENT
PGA
4,0
4,0
3,5
3,5
CONCLUSIONS
3,0
3,0
2,5
PGA
2 2,0
(m/s)
1,5
1,0
0,5
PGA
BOTTOM
1-D
2-D
2,5
BOTTOM
PGA
2 2,0
(m/s )
1-D and 2-D methods provide similar results WHEN
they use similar models
1,5
1-D
2-D
1,0
0,5
0
0
134 232 331
427 470 532 574 631 672 730 768
SITES
1 34
2 32 331
4 27
470 5 32
574 631 672
7 30 768
Main influencing factors:
NON-LINEAR
SIMPLIFIED, LINEAR
1. Soil non-linearity
y
2.SEISMIC
Detail INPUT
in the definition
of the shallow
structure
2-D SPEM
1-D GEODIN
(Grasso et al., 2005)
SITES
ST. NICOLA ALLA RENA CHURCH SITE EFFECTS
• 108 Church sites analysed;
y
• Site response evaluated by 1-D
non-linear code;
• Site response evaluated in terms of
time history displacement, velocity and
acceleration at free field.
field
• Site characterisation by soil
profile in terms of unit weight
γ and Vs;
• Peak Ground Acceleration
ranging between 0.3 and 0.56g;
• Site
Sit amplification
lifi ti ranging
i
between 1.5 and 3.
SEISMIC MICROZONATION STUDIES AND SITE RESPONSE ANALYSIS IN THE CITY OF CATANIA
Design Spectrum for the Saint Nicola alla Rena Church
volcanic sand site
0.80
0.70
Proposed spectrum
0.50
Italian O.P.C.M.
0.40
0.30
0.20
0.10
EC8
0.00
0.
0
0.
3
0.
5
0.
8
1.
0
1.
3
1.
5
1.
8
2.
0
2.
3
2.
5
2.
8
Sd/g
0.60
T(s)
TERREMOTO SICILIA SUD – ORIENTALE DEL
13.12.1990
M = 5.4
Imax = XIII – IX a Saline
PGA = 0.20 g (stimata)
PGV = 19 cm/sec (stimata)
SORTINO
Mappa delle Isosiste
TERREMOTO DI PROGETTO
Valutazione della risposta da un
accelerogramma
g
registrato
g
scalato
Registrazione del 13.12.90 a Sortino
Registrazione del 13.12.90 a Catania
amax = 0.10 g su roccia
amax = 0.25 g su argilla
TERREMOTO DI PROGETTO
Risposta del terreno per l’accelerogramma di Sortino
scalato a 0.3 g
Risposta nel dominio del tempo in termini di accelerazione,
velocità
l ità e spostamento
t
t per H = 80 m
Spettro di risposta nel
dominio del tempo per
diversi valori dello
smorzamento
CATTEDRALE
DI NOTO
Vista dei pilastri collassati
Vista del crollo della navata
centrale, di quella laterale
destra e di parte della cupola
TERREMOTO DI PROGETTO
1.00
Design Earthquake
Italian Code II cat. e=1
Italian Code II cat. e=1.3
0.90
0.80
Spa (g))
0.70
0 60
0.60
0.50
0.40
0.30
0.20
Spettro elastico di risposta (smorzamento 5%)
0.10
T (s)
0.00
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
TERREMOTO DI PROGETTO
50
Spettro
p
di spostamento
p
((smorzamento 5%))
45
40
Sd (ccm)
35
30
25
20
15
10
5
T (s)
0
00
0.0
02
0.2
04
0.4
06
0.6
08
0.8
10
1.0
12
1.2
14
1.4
16
1.6
18
1.8
20
2.0
Conclusioni sulla valutazione della azione sismica
• Approccio deterministico basato sul terremoto massimo credibile;
• Modellazione della sorgente e accelerogrammi sintetici;
accelerogrammi registrati scalati nel dominio del tempo e della
frequenza;
• Elaborazione di uno spettro
p
di risposta
p
locale pper la progettazione,
p g
,
basato su accelerogrammi sintetici o accelerogrammi scalati e
registrati;
• Esempi applicativi di spettri di risposta per la chiesa di San Nicola
alla Rena (CT) e la Cattedrale di Noto;
• L’approccio probabilistico può essere più gravoso di quello
deterministico nel caso di valutazione di danni materiali.