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La sequenza sismica in Emilia del 2012 e gli effetti di sito

Salomon Hailemikael - Ricercatore ENEA Guido Martini - Ricercatore ENEA ENEA – Ordine degli Ingegneri della Provincia di Mantova Seminario: «Adeguamento sismico degli edifici scolastici» Mantova, 7 novembre 2014

INTRODUZIONE

• La sequenza emiliana del 2012

• La ‘memoria’ storica dei terremoti

• Gli effetti di sito

La sequenza sismica emiliana

Fonte: http://ingvterremoti.wordpress.com/2013/05/20/un-anno-dopo-il-terremoto-in-emilia/


Fonte: La Vecchia et al. 2012

• Quadro sismotettonico


Fonte: Burrato et al. 2012

• Quadro sismotettonico

La sequenza sismica emiliana Nel periodo immediatamente successivo alla prima scossa era diffusa nell’opinione pubblica e nei mezzi d’informazione la sorpresa per un evento avvenuto in un’area che si riteneva esente da forti terremoti.

Era giustificata questa ‘sorpresa’?

Fonte: Meletti et al. 2012



Fonte: Meletti et al. 2012

RP=2475 yr

RP=475 yr

RP=30 yr



Eventi dal 20/5/2012 fino al 15/9/2012 (dati INGV-ISIDe)

La sequenza sismica emiliana Eventi con magnitudo (Ml) ≥ 4.5 registrati tra il 20 Maggio ed il 15 Giugno 2012

Da: Galli P., Castenetto S., Peronace E., 2012. Terremoto dell’Emilia, Maggio 2012. Rilievo macrosismico speditivo. Dipartimento della Protezione Civile Nazionale, Roma, 26 pp., www.protezionecivile.gov.it/resources/cms/documents/TerremotoEmiliaMCS.pdf

Intensità rilevate tra il 20 ed il 22 Maggio.

L’intensità macrosismica dei due mainshocks è del VII grado MCS; la massima intensità cumulata rilevata dovuta all’accumulo degli effetti è del VII-VIII grado MCS.

Intensità cumulate rilevate al 15 giugno

Alcune storie sismiche locali

Naturalmente, la disomogeneità delle informazioni dipende dalla differente disponibilità di informazioni storiche per le singole località.

Se consideriamo le attuali conoscenze sulla sismicità storica che ha interessato alcune località colpite nel 2012, si nota che non sono rari terremoti con intensità locali al di sopra della soglia del danni (I ≥ V MCS). Le massime intensità locali rilevate raggiungono il VII-VIII grado MCS, come nella sequenza del 2012.

Da: INGV - Database Macrosismico Italiano (2011) http://emidius.mi.ingv.it/DBMI11/

Ferrara Cento Finale Emilia

Mirandola Sermide Bondeno

Le Scale Macrosismiche Scala Mercalli-Cancani-Sieberg (MCS)

Sieberg A., 1930. Geologie der Erdbeben, Handbuch der Geophysik, 2, 4, 552-555. Da: http://www.protezionecivile.gov.it/resources/cms/documents/Scala_MCS.pdf

VIII grado. Rovinoso:

I tronchi degli alberi ondeggiano tutti in maniera molto forte ed arrivano a spaccarsi. Anche i mobili più pesanti vengono spostati lontano dal proprio posto e a volte rovesciati. Statue, pietre miliari o cose similari poste sul terreno o anche nelle chiese, nei cimiteri e nei parchi pubblici, ruotano sul piedistallo oppure si rovesciano. Solidi muri di cinta in pietra vengono fessurati ed abbattuti.

Circa un quarto delle case riporta gravi danni; alcune di esse crollano; molte diventano inabitabili. Negli edifici costruiti con intelaiatura cade gran parte dei rivestimenti. Le case in legno vengono tirate giù o rovesciate. Specialmente i campanili delle chiese e le ciminiere delle fabbriche provocano con la loro caduta lesioni più gravi agli edifici circostanti di quanto non avrebbe fatto da solo il terremoto.

In pendii e terreni acquitrinosi si formano delle crepe; dai terreni intrisi di acqua fuoriescono sabbia e melma.

L’intensità viene calcolata tenendo conto di tutti gli effetti descritti per ogni località.

I danni si riferiscono prevalentemente ad edifici in muratura e mancano riferimenti diretti a strutture in cemento armato o progettate con criteri antisismici.

La Scala Macrosismica Europea (EMS-98) Vulnerabilità Danno

VIII Grado – Pesantemente dannoso

a) Molte presone trovano difficoltà a rimanere in piedi, anche all’aperto.

b) Gli arredamenti possono ribaltarsi. Oggetti come televisori cadono al suolo. Lapidi cimiteriali possono occasionalmente spostarsi, ruotare o ribaltarsi. Si possono osservare onde in suoli molto soffici.

c) MOLTI edifici di CLASSE A soffrono danni di GRADO 4; POCHI di GRADO 5. MOLTI edifici di CLASSE B soffrono danni di GRADO 3; POCHI di GRADO 4. MOLTI edifici di CLASSE C soffrono danni di GRADO 2; POCHI di GRADO 3. POCHI edifici di CLASSE D soffrono danni di GRADO 2.

Quantità

Schema dei livelli di sintesi attraverso i quali si definiscono i dati macrosismici. (da Stucchi e Albini, 1991)

4) Parametrizzazione del terremoto (data, ora, coordinate epicentrali, intensità epicentrale, magnitudo) 3) ‘Costruzione’ di un terremoto mediante l’assemblaggio di notizie e loro ‘parametrizzazione’ in termini di intensità macrosismica (scale macrosismiche) 2) Estrazione validazione ed interpretazione delle notizie 1) Ricerca delle notizie nelle fonti storiche

Cos’è l’analisi Macrosismica

Gli effetti di sito di un terremoto Un’esempio eclatante di come le condizioni geologiche possano influire sul livello di scuotimento locale è dato dal terremoto che ha colpito Città del Messico nel 1985.

Gli effetti di sito di un terremoto Benchè posizionata a circa 400 km dalla sorgente sismogenetica, le registrazioni accelerometriche registrate nella stazione SCT, all’interno della conca di Città del Messico. hanno mostrato ampiezze comparabili con quelle dei siti più vicini all’epicentro, pur con un diverso contenuto spettrale.

Nella stazione accelerometrica SCT amax = 0.17 g

Gli effetti di sito di un terremoto Altro esempio, in termini di danno, è dato dal terremoto di L’Aquila del 2009.

Distanza Monticchio-Onna:

1.5 km

Distanza epicentrale:

Monticchio = 11 km

Onna = 12 km

Geologia

Monticchio:

Calcari

Onna :

Alluvioni recenti

Monticchio Onna

Quali sono gli effetti di sito

Variabilità spaziale del danno con la distanza in un sottosuolo ideale


Variabilità spaziale del danno con la distanza in un sottosuolo reale

Effetti di sito Ancora un po’ di storia ...

A seguito del disastroso terremoto di Messina, le Norme Tecniche approvate con R.D. 18 Aprile 1909, n.193, riportavano il divieto di nuove costruzioni o ricostruzioni “su terreni posti sopra e presso fratture, franosi o comunque atti a scoscendere, od a comunicare ai fabbricati vibrazioni e sollecitazioni tumultuarie per differente costituzione geologica o diversa resistenza delle singole parti di essi”

Valutazione degli effetti di sito

Gli strumenti per l’analisi della pericolosità

sismica locale sono:

La Microzonazione Sismica (MS) ai fini della pianificazione urbanistica, territoriale e per l’emergenza

regolata a livello nazionale dagli "Indirizzi e criteri generali per la Microzonazione sismica" (ICMS08) ed a livello regionale, ad esempio per la Regione Emilia Romagna, dagli "Indirizzi per gli studi di microzonazione sismica in Emilia-Romagna per la pianificazione territoriale e urbanistica" (DAL 112/2007)

La Risposta Sismica Locale (RSL) per la definizione dell’azione sismica di progetto

regolata alle " Nuove norme tecniche per le costruzioni" (NTC08)

La microzonazione sismica (MS) ha lo scopo di riconoscere ad una scala sufficientemente grande (scala comunale o sub comunale) le condizioni locali che possono modificare sensibilmente le caratteristiche del moto sismico atteso o possono produrre deformazioni permanenti rilevanti per le costruzioni e le infrastrutture.

In sostanza, lo studio di MS viene sintetizzato in una carta del territorio nella quale sono indicate:

• le zone in cui il moto sismico non viene modificato rispetto a quello atteso in condizioni ideali di roccia rigida e pianeggiante (Categoria “suolo A” delle NTC08) e, pertanto, gli scuotimenti attesi sono equiparati a quelli forniti dagli studi di pericolosità di base;

• le zone in cui il moto sismico viene modificato rispetto a quello atteso in condizioni ideali di roccia rigida e pianeggiante, a causa delle caratteristiche litostratigrafiche del terreno e/o geomorfologiche del territorio;

• le zone in cui sono presenti o suscettibili di attivazione fenomeni di deformazione permanente del territorio indotti o innescati dal sisma (instabilità di versante, liquefazioni, fagliazione superficiale, cedimenti differenziali, ecc.).

Indirizzi e criteri generali per la Microzonazione sismica approvati dalla Conferenza dei Presidenti delle Regioni nella seduta del 13 novembre 2008


In sintesi, per Microzonazione Sismica (MS)

si intende la suddivisione di un territorio a scala (sub)comunale in zone nelle quali sono indicate:

A) aree in cui lo scuotimento sismico atteso è equiparato a quello di studi di pericolosità sismica di base;

B) aree in cui il moto sismico è modificato a causa di caratteristiche litostratigrafiche e geomorfologiche del terreno

C) aree suscettibili di deformazioni permanenti indotte o innescate dal sisma (liquefazioni, frane, cedimenti, fagliazione superficiale…).


T.U. Norme Tecniche per le Costruzioni approvate con DM 14 gennaio 2008, in vigore dal 1 Luglio 2009

3.2.2 Categorie di sottosuolo e condizioni topografiche Categorie di sottosuolo Ai fini della definizione dell’azione sismica di progetto, si rende necessario valutare l’effetto della RSL mediante specifiche indagini, come indicato nel par. 7.11.3. In assenza di tali analisi, per la definizione dell’azione sismica si può fare riferimento ad un approccio semplificato, che si basa sull’individuazione di categorie di sottosuolo di riferimento…… …………….. 7.11.3.1 Risposta sismica locale Il moto generato da un terremoto in un sito dipende dalle particolari condizioni locali, cioè dalle caratteristiche topografiche e stratigrafiche dei depositi di terreno e degli ammassi rocciosi e dalle proprietà fisiche e meccaniche dei materiali che li costituiscono. Alla scala della singola opera o del singolo sistema geotecnico, la risposta sismica locale consente di definire le modifiche che un segnale sismico subisce, a causa dei fattori anzidetti, rispetto a quello di un sito di riferimento rigido con superficie topografica orizzontale (sottosuolo di categoria A, definito al § 3.2.2)……


In sintesi, per Risposta Sismica Locale (RSL)

si intende l’analisi eseguita alla scala della singola opera o del singolo sistema geotecnico, come disposto dalle Norme tecniche per le costruzioni (NTC08).

E’ l’insieme delle modifiche (in ampiezza, durata e contenuto in frequenza) che un moto sismico, relativo a una formazione rocciosa di base (bedrock), subisce attraversando gli strati di terreno sovrastanti (deposito) fino alla superficie.

bedrock

superficie

deposito


La Microzonazione Sismica

Livelli di approfondimento degli studi di MS

In funzione dei diversi contesti e dei diversi obiettivi gli studi di MS possono essere effettuati a vari livelli di approfondimento, con complessità ed impegno crescenti, passando dal livello 1 fino al livello 3.

• il livello 1 è un livello propedeutico ai veri e propri studi di MS , in quanto consiste in una raccolta di dati preesistenti, elaborati per suddividere il territorio in microzone qualitativamente omogenee rispetto alle fenomenologie sopra descritte;

• il livello 2 introduce l’elemento quantitativo associato alle zone omogenee, utilizzando allo scopo ulteriori e mirate indagini, ove necessarie, e fornire quantificazioni numeriche, con metodi semplificati (abachi e leggi empiriche), della modificazione locale del moto sismico in superficie (zone stabili suscettibili di amplificazioni locali) e dei fenomeni di deformazione permanente (zone suscettibili di instabilità);

• il livello 3 restituisce una Carta di microzonazione sismica con approfondimenti nei casi di situazioni geologiche e geotecniche complesse, non risolvibili con l’uso degli abachi, o qualora l’estensione della zona in studio renda conveniente un’analisi globale di dettaglio o, infine, per opere di particolare importanza.

Indirizzi e criteri generali per la Microzonazione sismica (ICMS, 2008)

La MS in Emilia Romagna Gli indirizzi per gli studi di microzonazione sismica

in Emilia-Romagna per la pianificazione territoriale e urbanistica

Delibera dell'Assemblea legislativa progr. n°112 - oggetto n°3121 del 2 maggio 2007

Sono previsti TRE livelli di approfondimento.

• con il Primo livello vendono individuate:

Aree che non necessitano di ulteriori approfondimenti

Aree che necessitano di approfondimenti • Aree oggetto di un‘analisi semplificata (secondo livello) • Aree oggetto di un’analisi approfondita (terzo livello)

• il Secondo livello di approfondimento è ritento sufficiente nelle aree di espansione o riqualificazione urbanistica, in situazioni geologiche e geomorfologiche non complesse (aree pianeggianti o sub-pianeggianti, con stratificazione orizzontale o sub-orizzontale, versanti stabili con acclività ≤ 15° e depositi con spessore costante). In questi casi, la valutazione dei coefficienti di amplificazione sismica avviene mediante l’uso degli abachi regionali

• nel Terzo livello di approfondimento richiede la dettagliata caratterizzazione geotecnica dei terreni (in campo statico e dinamico) e la quantificazione dei coefficienti di amplificazione sismica mediante modellazione numerica, in particolare nelle seguenti situazioni:

Aree in cui le coperture hanno spessore fortemente variabile

Aree in cui è prevista la realizzazione di opere di rilevante interesse pubblico

Aree instabili o potenzialmente instabili e aree soggette a liquefazione

La MS in Emilia Romagna

MICROZONAZIONE SISMICA E ANALISI DELLA CONDIZIONE LIMITE PER L’EMERGENZA DELLE AREE EPICENTRALI DEI TERREMOTI DELLA PIANURA EMILIANA DI MAGGIO-GIUGNO 2012

(ORDINANZA DEL COMMISSARIO DELEGATO – PRESIDENTE DELLA REGIONE EMILIA-ROMAGNA n. 70/2012)

Esempio: Stazione RAN Mirandola Dal sito Itaca – Italian Accelerometric Archive dell’INGV

MRN per l’evento del 20/5/2014 risulta un PGANS = 0.264 g

Come pericolosità sismica di base, per il Comune di Mirandola risulta una accelerazione massima attesa (per una probabilità del 10% in 50 anni pari ad un tempo di ritorno di 475 anni) Agrif = 0.148 g calcolata per un sito pianeggiante e su roccia (Cat. “A“ secondo NTC08)

Esempio: Stazione RAN Mirandola Dalla MS – Secondo livello di approfondimento

Quindi, d’Agrif = 0.148 g rivalutata dell’FAPGA = 1.7 fornisce un valore dello scuotimento massimo attesa al sito di Mirandola PGASITO = 0.252 g che, rispetto al PGA registrato (0.264 g) ha uno scarto del 5%

Altri effetti di sito I fenomeni sismoindotti

sono le deformazioni dell’ambiente

fisico che si generano durante una crisi sismica

Rottura

all’ipocentro

Faglie Tsunami

Onde

sismiche

Geologia &

Morfologia

Liquefazioni Frane

Localizzazione dell’attività sismica e delle liquefazioni. Le aree maggiormente colpite da liquefazione non dipendono direttamente dalla localizzazione degli eventi principali …

Da: INGV-EMERGEO Rapporti di attività Emilia 2012, http://emergeo.ingv.it/rapporti-di-attivita.html

Fenomeni di liquefazione 2012

… ma sono piuttosto legati alla geomorfologia dell’area, in particolare ai paleoalvei e argini dei fiumi Secchia, Reno e Panaro.

Da: INGV-EMERGEO Rapporti di attività Emilia 2012, http://emergeo.ingv.it/rapporti-di-attivita.html



Da: Galli P., Castenetto S., Peronace E., 2012. Terremoto dell’Emilia, Maggio 2012. Rilievo macrosismico speditivo. Dipartimento della Protezione Civile Nazionale, Roma, 26 pp., www.protezionecivile.gov.it/resources/cms/documents/TerremotoEmiliaMCS.pdf

Terremoto di Niigata, Giappone, nel 1964 Terremoto in Emilia Romagna, nel 2012

La liquefazione dei suoli

τff = (σff−u)tanφ‘+ c’

Perchè si inneschi il fenomeno della liquefazione è necessario che si verifichino le seguenti condizioni:

1) Condizioni predisponenti (geologico-tecniche ed idrogeologiche)

a. densità relativa, diametro medio dei granuli e contenuto percentuale della frazione fine del materiale, vale a dire dei granuli con diametro più piccolo;

b. profondità della falda idrica (a meno di 5 m dalla superficie)

c. profondità e spessore dei depositi potenzialmente liquefacibili (generalmente a meno di 15-20 m dalla superficie del terreno);

2) Condizioni di innesco (azione sismica)

a. Magnitudo del terremoto (generalmente superiore a 5.0);

b. Accelerazione massima applicata al suolo (maggiore di 0.15g);

c. Durata di applicazione del carico dinamico (più di 15-20 secondi)



Fonte: ICMS, 2008; Idriss, Idriss e Boulanger, 2004; Youd e Idriss, 2001; Kramer, 1996.

Youd, T.L. e Idriss, I.M. (2001)

Le Linee guida per la gestione del territorio in aree interessate da liquefazione (LQ) della Commissione tecnica per la microzonazione sismica presso il Dipartimento della Protezione Civile prevedono la messa in atto di tre differenti categorie di contromisure (Japanese Geotechnical Society, 1998):

1. Rilocalizzazione delle strutture esistenti e divieto di nuove edificazioni.

2. Miglioramento delle caratteristiche del terreno potenzialmente liquefacibile mediante compattazione (vibrazioni indotte) o riduzione del grado di saturazione (opere drenanti).

3. Riduzione della vulnerabilità delle opere con interventi di rinforzo.

Interventi di mitigazione

Esempi di miglioramento delle caratteristiche del terreno potenzialmente liquefacibile

Interventi di mitigazione

Incremento della densità

Riduzione del grado di saturazione ed incremento degli sforzi efficaci

Dissipazione e controllo della pressione neutra

Controllo della deformazione al taglio e intercettazione dell’eccesso della pressione

• Quadro sismotettonico congruente con sismogenesi

• Conoscenze storiche di danneggiamento legato a terremoti

• Effetti di sito non trascurabili

• Rilevanza MS e RSL per la mitigazione

CONCLUSIONI

Comunque, come consiglio …

L’Aquila, 2009

… è sempre meglio trovare un accordo con i vicini

quando si eseguono adeguamenti o ristrutturazioni … Conca di Roio

Grazie per la

cortese attenzione!

La prefettura dell'Aquila dopo il sisma del 9 aprile 2009, da: http://it.wikipedia.org/wiki/Terremoto_dell’Aquila_del_2009

la sequenza sismica in emilia del 2012 e gli effetti di sitoprev.enea.it/2014-11-07 seminario...

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