Università degli Studi del Sannio
Corso di laurea magistrale in Scienze e Tecnologie Geologiche
Insegnamento di Geofisica Applicata – modulo B
4 CFU
Anno accademico 2010/2011
docente: Rosalba Maresca
E-mail: [email protected]
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microzonazione sismica e risposta sismica locale
dal generale al particolare …
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Terremoto – Propagazione – Effetti in superficie
Un terremoto si genera lungo una faglia nella crosta, provoca radiazione di
onde sismiche attraverso la crosta e raggiunge la superficie terrestre, ove
può provocare danni.
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RISCHIO SISMICO
PERICOLOSITA’ SISMICA
ZONAZIONE SISMICA
MICROZONAZIONE SISMICA
Risposta sismica locale
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definizione di rischio
La definizione più generale di rischio è la probabilità di una perdita in un
determinato periodo di tempo a causa di un evento. In forma funzionale
può essere espresso come:
R = f ( L , B, E , t )
La perdita (L) è espressa in termini generali o economici. Essa corrisponde al
costo da sostenere per ripristinare lo stato pre-esistente. Può anche essere
espressa in termini di conseguenze per la popolazione (morti, feriti), per
l’ambiente (modificazioni irreversibili), o sociali (interruzione di servizi,
perdite culturali…).
Il rischio è riferito ad un dato periodo di tempo (t). Più è lungo l’intervallo di
tempo di riferimento e più aumenta il rischio.
La perdita è riferita a specifiche tipologie di beni esposti (B), come vite
umane, edifici, opere d’arte, fonti di approvvigionamento …,
e a specifiche tipologie di eventi (E), (rischio da incidenti, rischio, sismico,
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rischio vulcanico, rischio idrogeologico, rischio da radiazioni….)
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determinazione del rischio
Per valutare il rischio occorre prendere in esame tutta la catena che porta
dall’evento E alla perdita L
E
B
L
evento (E) → conseguenze di E sul bene B (danno) → cons. del danno → L
Lo studio delle caratteristiche dell’evento è denominata pericolosità: ha lo
scopo di accertare la gravità dell’evento e la sua frequenza di accadimento
temporale. Viene espressa in termini di probabilità.
Lo studio delle conseguenze dell’evento sul bene in termini di danni è
denominata vulnerabilità. Viene espressa in termini di probabilità.
Al danno viene associata la perdita, comunemente in termini economici. Par far
ciò bisogna tener conto del valore del bene (esposizione) e di quanto esso sia
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diminuito per effetto del danno causato dall’evento.
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RISCHIO SISMICO
E’ la probabilità di osservare una perdita, in una certa area, in un certo
intervallo di tempo, a causa dell’occorrenza di un evento sismico.
Concorrono a definire il rischio sismico tre fattori:
Pericolosità sismica (P): probabilità di superare, in una certa area e in un
certo intervallo di tempo, un pre-definito livello di severità dello scuotimento
sismico.
Vulnerabilità sismica (V): propensione di persone, beni o attività a subire
danno a seguito del verificarsi di un terremoto. Si applicano metodi
probabilistici per la sua valutazione.
Esposizione (E): consistenza e valore dei beni e delle attività presenti sul
territorio che possono essere influenzate direttamente o indirettamente dal
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terremoto (insediamenti, edifici, attivita' produttive, infrastrutture).
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PERICOLOSITA’ SISMICA
E’ la probabilità di superare, in una certa area e in un certo intervallo di
tempo, un pre-definito livello di severità dello scuotimento sismico.
La severità dell’evento può essere espressa attraverso diversi parametri:
intensità macrosismica (IM)
nelle diverse scale (MCS, MKS, EMS,…)
esprime la severità dell’evento in termini
di danni subiti.
PGA
parametri fisici dello scuotimento
PGV
accelerazione spettrale
spettro di risposta
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Metodo probabilistici per la stima della pericolosità sismica
L’approccio più diffuso è quello proposto da Cornell (1968). Esso prevede:
Riconoscere nel territorio le zone
sismogenetiche responsabili della
sismicità (zone o sorgenti sismogenetiche)
Zonazione sismogenetica
Quantificare il loro grado di
attività
Catalogo dei terremoti
Calcolare l’effetto provocato da
tali sorgenti con la distanza
Relazioni di attenuazione, del tipo:
lny = a + bm + clnr
y = parametro di scuotimento; m = magnitudo; r = distanza sorgente-sito; a,b,c =
costanti ricavate empiricamente tramite regressione di un insieme di dati.
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Zonazione sismica dell’Italia
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(Scandone e Stucchi, 1999, http://emidius.mi.ingv.it/GNDT/P511/ )
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a. Zone legate alla convergenza Adria-Europa.
b. Zone di trasferimento Alpi-Appennino e Mar Ligure.
c. Zone legate allo sprofondamento passivo della litosfera adriatica sotto il
sistema di catena nell'Arco Appenninico Settentrionale.
d. Zone legate alla disattivazione del sistema catena-avanfossa nell'Appennino
meridionale e alla rotazione antioraria dell'Adria.
e. Zone dell'Arco Calabro, verosimilmente legate alla subduzione passiva della
litosfera ionica, e Sicilia Settentrionale.
f.
Zone legate alla divergenza Africa-Adria.
g. Zone di avampaese, con diversi comportamenti cinematici.
h. Zone in aree vulcaniche attive.
i.
Zone con comportamento cinematico indefinito.
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Epicentri dei terremoti avvenuti in Italia nel periodo 1982-2002 (INGV)
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Pericolosità sismica in Italia
la figura illustra il valore
dell'indicatore
di
pericolosità (IM - MCS)
che si prevede venga
superato nel 10% dei
casi in 50 anni.
I
risultati
possono
anche
essere
interpretati come quel
valore di scuotimento
che mediamente si
verifica ogni 475 anni
(periodo di ritorno)
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Pericolosità sismica in termini di PGA
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Valori di PGA che si prevede vengano superati con probabilità pari al 81%,
50%, 30%, 22% e 5% in 50 anni.
81% (PR=44a)
50% (PR=80a)
22% (PR=205a)
5% (PR=1000a)
30% PR=145a)
PR = T / r*
dove:
r* = r(1 + 0.5r)
T = tempo di esposizione (50a)
r = probabilità di eccedenza (0-1)
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micronazione sismica
La microzonazione sismica è la classificazione di un territorio ad una
scala sufficientemente piccola (scala comunale o sub comunale) dal
punto di vista della pericolosità sismica. Ha lo scopo di riconoscere le
condizioni locali (effetti di sito) che possono influenzare il moto sismico
atteso.
Si distinguono 3 livelli di approfondimento, via via più dettagliati
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Livello di approfondimento 1
Studio propedeutico e obbligatorio per affrontare i successivi livelli di
approfondimento
Indagini:
raccolta dei dati pregressi: rilievi geologici, geomorfologici,
geologico-tecnici e sondaggi
Elaborazioni:
sintesi dei dati e delle cartografie disponibili,
Prodotti:
carta delle indagini
carta geolitologica e sezioni geolitologiche
carta delle microzone omogenee in prospettiva sismica (MOPS),
scala 1:5000-1:10.000
relazione illustrativa
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Carta delle MOPS
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 FRR - FRT,
liquefazioni, faglie attive e capaci, cedimenti differenziali)
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Livello di approfondimento 2
Risolve le incertezze del livello 1 con approfondimenti;
fornisce quantificazioni numeriche con metodi semplificati
Indagini
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
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Uso degli abachi per la stima del fattore di amplificazione
bisogna conoscere:
accelerazione dell’evento di riferimento
litotipo prevalente della copertura
spessore della copertura
Vs media della copertura
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Livello di approfondimento 3
Livello di approfondimento di zone suscettibili di amplificazioni o di
instabilità, nei casi di situazioni geologiche e geotecniche complesse,
non risolvibili con abachi o metodi semplificati.
Può modificare sostanzialmente le carte di microzonazione di livello 2
Indagini
campagne di acquisizione dati sismometrici, sondaggi, prove in
foro e in superficie per la determinazione di profili di Vs,
sismica a rifrazione, prove geotecniche in situ e in laboratorio,
microtremori
Elaborazioni
analisi numeriche 1D e 2D per la stima delle amplificazioni
Prodotti
carta delle indagini
carta di microzonazione sismica con approfondimenti
relazione illustrativa
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livello 3
modello del sottosuolo
evento di riferimento
simulazioni
numeriche
parametri di amplificazione
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fattore di amplificazione (FA)
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Comune di Sora (Fr). Carta delle amplificazioni per
periodi tra 0.1-0.5 s (Regione Lazio – Politecnico di
Milano, 2002,
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Professionalità coinvolte. Un esempio
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La microzonazione sismica del territorio aquilano
Roma, 3 dicembre 2010
Gruppo di lavoro:
Università dell’Aquila, Università di Chieti-Pescara, Università di Genova, Politecnico Torino, Politecnico
Milano, Università di Firenze, Università della Basilicata, Università di Roma1, Università di Roma 3,
Università di Siena, CNR, INGV, AGI, RELUIS, ISPRA, ENEA Frascati, OGS Trieste, GFZ Postdam, Regione
Lazio, Regione Emilia-Romagna, Regione Toscana, Provincia di Trento, Provincia di Perugia, Ordine dei
Geologi della Regione Abruzzo
Professionalità coinvolte:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Task
Task
Task
Task
Task
Task
Task
Task
Task
Task
1: Reperimento, archiviazione dati pregressi (tecnici informatici)
2: Modello geologico-tecnico del sottosuolo e fenomeni cosismici (geologi)
3: Analisi di laboratorio (ingegneri geotecnici)
4: Caratterizzazione geofisica dei terreni (geofisici)
5: Analisi strumentali: H/V, strong /weak motion e microtremori (sismologi)
6: Terremoto di rif. per simulazioni numeriche (storici, geologi e statistici)
7: Simulazioni numeriche (geologi e ingegneri geotecnici)
8: Analisi del danno (ingegneri strutturisti)
9: Raccordo con Pianificazione Urbanistica e N. T. C.(architetti e ingegneri)
10: Report e cartografie finali, diffusione dei risultati (tecnici informatici)
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RISPOSTA SISMICA LOCALE
La stima della risposta sismica locale è alla base delle indagini di microzonazione sismica
Ma, cosa si intende per risposta sismica locale?
La risposta sismica locale, o di sito, rappresenta il modo in cui un sito,
sulla base delle caratteristiche topografiche, geologiche, geotecniche e
strutturali, può modificare il moto sismico
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Valutazione della risposta sismica locale
Input (modello, dati)
topografia
geologia
struttura
modello fisico 1D
modello fisico
2D/3D
sismogramma
misura
ap
p
te o r o c c
ric io
o
Parametri di output
Vs30
funzione di amplificazione
io ale
c
oc ent
r
p im
p
a er
sp
frequenza di risonanza
amplificazione di picco
microtremore
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Bibliografia
“La risposta sismica locale per la progettazione strutturale”. R. W. Romeo,
International Centre for Mechanical Sciences Monografie CISM, 2007. Cap.
2 e 3.
“Metodi e risultati della microzonazione sismica: la lezione del terremoto
aquilano”. Ordine dei geologi del Lazio - Protezione Civile, Roma 3
dicembre 2010.
http://geologilazio.it/public/file/2010/12/Introduzione.pdf.
“Mappa delle zone sismogenetiche e probabilità degli eventi associati”.
Scandone e Stucchi, 1999, Progetto 5.1.1, GNDT.
http://emidius.mi.ingv.it/GNDT/P511/home.html
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