Diego Lo Presti Ilaria Giusti Le attività regionali di prevenzione sismica in Toscana Firenze, 2 dicembre 2011 PROGETTO VEL DELLA REGIONE TOSCANA: BANCA DATI DELLE PROVE DI LABORATORIO Diego Lo Presti Ilaria Giusti Università di Pisa Dipartimento di Ingegneria Civile

Introduzione Norme Tecniche per le Costruzioni definizione dell’azione sismica: PROCEDURA SEMPLIFICATA accelerazione di picco al suolo su terreno roccioso categorie di sottosuolo categorie topografiche ANALISI DI RISPOSTA SISMICA LOCALE accelerogrammi spettro-compatibili e sismo-compatibili (per il sito in esame) profilo di velocità delle onde di taglio (down–hole, MASW, rifrazione in onde SH) parametri di rigidezza e smorzamento (curve G–g e D-g) I parametri di rigidezza e smorzamento possono essere ottenuti mediante apparecchiature disponibili in laboratori universitari e di ricerca oppure stimati attraverso relazioni empiriche

Comune di Barga – località Fornaci di Barga VALUTAZIONE DELL’AZIONE SISMICA (D.M. 14 Gennaio 2008) Comune: Barga Longitudine: 10.4818° Località: Fornaci di Barga Latitudine: 44.0752° Vita nominale 50 anni Coefficiente d’uso 1.5 Categoria di sottosuolo C – (S2) Categoria topografica T1 Coefficiente di amplificazione topografica ST = 1 Fattore amplificativo stratigrafico SS = 1.370 (Categoria C) Accelerazione orizzontale massima attesa su sito di riferimento rigido ag = 0.227g Accelerazione orizzontale massima attesa al sito amax = ST SS ag = 0.311g

Intervallo Magnitudo: 4-6 Intervallo Distanza: 0-10 km Mappe interattive della pericolosità sismica (Progetto INGV-DPC S1 http://esse1.mi.ingv.it/) Intervallo Magnitudo: 4-6 Intervallo Distanza: 0-10 km

PARAMETRI PER LA SELEZIONE DEGLI ACCELEROGRAMMI Comune: Barga Longitudine: 10.4818° Località: Fornaci di Barga Latitudine: 44.0752° Vita nominale 50 anni Coefficiente d’uso 1.5 Categoria di sottosuolo A Categoria topografica T1 Database European Strong-motion Database (ESD) (*) Intervallo di magnitudo 4 – 6.5 Intervallo di distanza epicentrale 0 – 30 km Scarto in difetto massimo 10% Scarto in eccesso massimo 30% Intervallo di periodi di interesse 0.15 – 2 sec (*): Ambraseys, N., Smit, P., Sigbjornsson, R., Suhadolc, P. and Margaris, B. Internet-Site for European Strong-Motion Data, European Commission, Research-Directorate General, Environment and Climate Programme (2002) http://www.isesd.cv.ic.ac.uk/ESD/l.

Accelerogrammi selezionati Waveform ID Earthquake ID Station ID Name Date Mw Fault Mechanism Epicentral Distance [km] EC8 Site class 7142 2309 ST539 Bingol 01/05/2003 6.3 strike slip 14 A 368 175 ST143 Lazio Abruzzo 07/05/1984 5.9 normal 22 1891 651 ST1320 Kranidia 25/10/1984 5.5 ? 23 6332 2142 ST2483 South Iceland (aftershock) 21/06/2000 6.4 6 55 34 ST20 Friuli 06/05/1976 6.5 thrust 149 65 ST26 Friuli (aftershock) 15/09/1976 6.0 12 Valore medio 6.14 15.14 REXEL 3.2 β (computer aided record selection for code-based seismic structural analysis, Iervolino I., Galasso C., Chioccarelli E. (2008-2011))

Fornaci di Barga – Indagini geognostiche

Schema stratigrafico e profilo della velocità di taglio Sabbia limosa con inclusioni Sabbia limosa sciolta Ghiaia e sabbia Ct Arg 0 m 4 m 15 m Falda tra 0 e 1 m dal p.c.

Curve di decadimento adottate CURVE RICAVATE DA PROVE DI COLONNA RISONANTE e PROVE TRIASSIALI CICLICHE UTILIZZANDO LE EQUAZIONI DI YOKOTA (Yokota et al. 1981) PER LE FORMAZIONI CT e ARG (depositi alluvionali terrazzati recenti, fluvio-lacustre). PER IL MACIGNO DATI NUMERICI (MG)

Risultato dell’analisi

Analisi 1D e 2D Villa Collemandina

Sezione 3 località Corfino Parametri formazioni geologiche - Comune di Villa Collemandina - Corfino litologia formazione sigla Vp Vs Vp/Vs u ciottolami, sabbie ed argille detrito di versante a=dt 215 115 1.87 0.30 Substrato roccioso molto alterato costituito da sabbie addensate e/o, arenarie prevalenti e silititi Macigno molto alterato mg m. alt 1235 580 2.13 0.36 Substrato roccioso alterato costituito da arenarie prevalenti e silititi Macigno alterato mg alt 2605 4.49 0.47 Substrato roccioso costituito da arenarie prevalenti e silititi Macigno mg 2740 1220 2.25 0.38

Modello Sezione 3

Curve di decadimento adottate DETRITO DI VERSANTE CURVE RICAVATE DA PROVE DI COLONNA RISONANTE UTILIZZANDO LE EQUAZIONI DI YOKOTA (Yokota et al. 1981) MACIGNO ALTERATO CURVE RICAVATE DA prove triassiali (uccl,umcl) UTILIZZANDO L’EQUAZIONE DI YOKOTA PER IL MODULO DI RIGIDEZZA E L’EQUAZIONE SEGUENTE PER LO SMORZAMENTO D:

Accelerogrammi di input Magnitude (Mw) Distance (km) Scaling factor Source file name 6.87 11 0.6 ESMD 000182xa.cor 6.68 65 0.79 000200ya.cor 6.93 28.64 0.43 NGA 0765y.txt 6.69 38.07 1.36 1091x.txt 7 50.5 1.12 KNET2 IWT0100305261824.EW 6.6 36.18 1.62 KNET1 SAG0010503201053.NS 6.3 31.6 2.52 ITACA 20090406_013239ITDPC_CLN__WEC.DAT

Rapporto spettrale di accelerazione per la verticale 3

Fattori di amplificazione spettrale VERTICALE  Fa (=5%) Fv (=5%) (0.1-2 sec) (0.1-0.5 sec) (0.5-2 sec) 1 0.971 0.955 1.021 0.866 0.881 0.852 2 0.869 0.837 0.932 0.891 0.807 0.939 3 1.365 1.415 1.272 1.300 1.380 1.258 4 1.283 1.420 1.093 1.204 1.452 1.107 5 1.647 2.173 0.978 1.338 2.324 1.003

Banca dati delle prove dinamiche di laboratorio Il presente lavoro è nato dalla collaborazione tra Regione Toscana e Università di Pisa ed ha previsto: Realizzazione della struttura informatica di una banca dati relativa a tutte le prove di laboratorio dinamiche effettuate sui campioni di terreno prelevati nell’ambito dei progetti VEL e DOCUP Realizzazione della struttura della banca dati mediante architettura ArcGIS (Personal Geodatabase) consultabile in modo interattivo sia mediante criteri geografici, sia per litologia e/o attribuzione formazionale dei terreni presenti Inserimento dati, aggiornamento ed implementazione della banca dati delle prove di laboratorio per alcune aree significative Raccolta ed implementazione di ulteriori ed eventuali informazioni relative a prove di laboratorio statiche e dinamiche già esistenti ed in possesso del Dipartimento di Ingegneria Civile

Struttura della banca dati La banca dati è stata realizzata implementando un “Personal Geodatabase” in ArcGis; è suddivisa in tabelle corrispondenti a ciascuna delle zone dei programmi VEL e DOCUP: Amiata Casentino Garfagnana Provincia di Livorno Lunigiana Mugello Provincia di Pistoia Provincia di Siena Valdichiana Valtiberina

Schema adottato Per ogni area sono state compilate le seguenti tabelle: classificazione dei campioni prelevati nell’area dati relativi alle prove di colonna risonante (cr) Risultati delle prove cr Dati relativi alle prove di taglio torsionale ciclico (ttc) Risultati delle prove ttc Dati relativi alle prove triassiali cicliche (txc) Risultati delle prove txc MUGELLO Per ogni area sono state create diverse tabelle: una tabella che raccoglie tutti i campioni prelevati nell’area analizzati e classificati, una tabella per ogni tipologia di prova che raccoglie tutti i dati relativi alla prova stessa, ed una tabella, per ogni tipo di prova, che raccoglie tutti i risultati delle prove di quella tipologia Le tabelle così costruite sono state importate nella banca dati e georeferenziate attraverso il collegamento agli shape–file dei sondaggi

Esempio Dati sondaggio S2 Sondaggio georeferenziato Sondaggio S2 Campione C1 Dati CR 1 Risultati CR 1 Dati CR 2 Risultati CR 2 Dati TTC 1 Risultati TTC 1 Campione C2 Campione C3 Dati TXC 1 Risultati TXC 1 Classificazione campioni Dati prove CR Dati sondaggio S2 Risultati prove CR Sondaggio georeferenziato Dati prove TTC Risultati prove TTC Dati prove TXC Risultati prove TXC

Tabella di classificazione dei campioni DATI INSERITI: Comune di appartenenza Codice alfanumerico ISTAT del Comune Nome del sondaggio a cui appartiene il campione Nome del campione Profondità di prelievo del campione Formazione geologica Simbolo USCS e “ USCS modificata” Percentuale di passante ai settacci n°200 (0.075 mm) e n°4 (4.75 mm) Limite liquido, limite plastico e indice di plasticità Laboratorio che ha eseguito le prove Tipologia delle prove eseguite (RC, TTC, TXC) Per ogni area sono state create diverse tabelle: una tabella che raccoglie tutti i campioni prelevati nell’area analizzati e classificati, una tabella per ogni tipologia di prova che raccoglie tutti i dati relativi alla prova stessa, ed una tabella, per ogni tipo di prova, che raccoglie tutti i risultati delle prove di quella tipologia Le tabelle così costruite sono state importate nella banca dati e georeferenziate attraverso il collegamento agli shape–file dei sondaggi

Metodo di classificazione adottato (“USCS modificato”) CLASSIFICAZIONE TERRENO A GRANA FINE (Passante al setaccio n° 200 >= 50%) LL < 50 Inorganic PI > 7 and plots on or above "A" line CL < 30% plus n° 200 < 15 % plus n° 200 Lean clay 15-29 % plus % sand >= % gravel Lean clay with sand CL-S % sand < % gravel Lean clay with gravel CL-G >= 30 % plus n° 200 % sand > % gravel < 15 % gravel Sandy lean clay CL-SS >= 15 % gravel Sandy lean clay with gravel % sand < < 15 % sand Gravelly lean clay CL-GG >= 15 % sand Gravelly lean clay with sand 4 <= PI <= 7 and plots on or above "A" line CL-ML Silty clay Silty clay with sand CL-ML-S Silty clay with gravel CL-ML-G Sandy silty clay CL-ML-SS Sandy silty clay with gravel Gravelly silty clay CL-ML-GG Gravelly silty clay with sand PI < 4 or plots below "A" line ML Silt Silt with sand ML-S Silt with gravel ML-G Sandy silt ML-SS Sandy silt with gravel Gravelly silt ML-GG Gravelly silt with sand

Tabella di classificazione delle prove dati delle prove eseguite: Comune di appartenenza del campione Codice del campione Codice identificativo della prova Profondità di prelievo della porzione di campione su cui è stata eseguita la prova Indice dei vuoti iniziale Peso unitario iniziale Tensione efficace assiale e orizzontale di consolidazione Per ogni area sono state create diverse tabelle: una tabella che raccoglie tutti i campioni prelevati nell’area analizzati e classificati, una tabella per ogni tipologia di prova che raccoglie tutti i dati relativi alla prova stessa, ed una tabella, per ogni tipo di prova, che raccoglie tutti i risultati delle prove di quella tipologia Le tabelle così costruite sono state importate nella banca dati e georeferenziate attraverso il collegamento agli shape–file dei sondaggi

Tabella dei risultati delle prove Risultati delle prove eseguite: Comune di appartenenza del campione Codice del campione Codice identificativo della prova Curve di decadimento G(g)–g e D(g)–g, curve E(eSA)-eSA e D(eSA)-eSA COMUNE COD_CAMP COD_CR G G/GMAX GAMMA D BARBERINO DI MUGELLO 48002_S4SH2 48002_S4SH2_RC_1 93.31 1.000 0.00007 0.00015 0.00025 2.84 0.00044 2.89 0.00064 2.70 93.07 0.997 0.00124 3.09 92.18 0.988 0.00200 2.86 92.26 0.989 0.00337 3.01 90.72 0.972 0.00559 3.12 89.27 0.957 0.00827 2.97 85.77 0.919 0.01263 3.50 77.05 0.826 0.01945 4.05 67.69 0.725 0.02895 5.02 56.92 0.610 0.04455 6.31 48.49 0.520 0.06182 7.47 32.35 0.347 0.11759 10.17 22.50 0.241 0.21522 12.42 Risultati della prova di colonna risonante RC_1 eseguita sul campione SH2 del sondaggio S4 del Comune di Barberino di Mugello Per ogni area sono state create diverse tabelle: una tabella che raccoglie tutti i campioni prelevati nell’area analizzati e classificati, una tabella per ogni tipologia di prova che raccoglie tutti i dati relativi alla prova stessa, ed una tabella, per ogni tipo di prova, che raccoglie tutti i risultati delle prove di quella tipologia Le tabelle così costruite sono state importate nella banca dati e georeferenziate attraverso il collegamento agli shape–file dei sondaggi

Elaborazione dei dati Selezione delle prove eseguite in base a criteri definiti dall’utente Estrazione dalla banca dati dei risultati delle prove selezionate Analisi dei dati sperimentali con il metodo dei minimi quadrati al fine di ottenere le curve di decadimento secondo le equazioni di Yokota (Yokota et al. 1981) g è la deformazione a taglio espressa in (%) D è espresso in (%) a, b, l e Dmax sono parametri da determinare

Implementazione della banca dati Le prove analizzate sono state eseguite da tre laboratori: ISMGEO s.r.l. di Seriate (BG) Laboratorio di Geotecnica del Dipartimento di Ingegneria Civile dell’Università di Pisa Laboratorio DIPLAB Geomeccanica del Dipartimento di Ingegneria Strutturale e Geotecnica del Politecnico di Torino NUMERO COMUNI NUMERO CAMPIONI NUMERO CR NUMERO TTC NUMERO TXC AMIATA 6 32 CASENTINO 8 35 GARFAGNANA 10 30 28 9 1 LIVORNESE 4 21 17 2 LUNIGIANA 12 18 MUGELLO 51 47 PISTOIESE 3 5 SENESE 15 VALDICHIANA VALTIBERINA 34 33 EXTRA-VEL 14 TOT 68 265 249 26 284

Applicazioni Confronto tra i valori del modulo di rigidezza a piccole deformazioni valutati in sito e attraverso analisi di laboratorio, per i campioni prelevati nell’area del Mugello.

Buona corrispondenza tra i dati sperimentali e le curve proposte da Applicazioni Curve di decadimento ottenute dalle prove eseguite sui campioni prelevati nel Casentino con indice plastico compreso tra 30 e 40. Buona corrispondenza tra i dati sperimentali e le curve proposte da Vucetic & Dobry (1981)

Applicazioni Curve D(g) ottenute dalle prove eseguite sui campioni prelevati nel Casentino con indice plastico compreso tra 30 e 40. I valori del fattore di smorzamento a piccole deformazioni ricavati sperimentalmente sono significativamente maggiori rispetto a quelli prevedibili con le curve di Vucetic & Dobry

Considerazioni Nelle analisi di risposta sismica locale il rapporto di smorzamento gioca un ruolo rilevante e, allo stato attuale, può essere determinato sperimentalmente solo da prove di laboratorio I risultati sperimentali contenuti nella banca dati possono essere facilmente selezionati secondo numerosi criteri (geografico, per litologia, per formazione geologica, etc...) e direttamente tradotti in curve di decadimento scegliendo i parametri delle equazioni di Yokota che meglio approssimano i dati sperimentali Le analisi riportate sono solo alcuni esempi delle modalità di utilizzo delle informazioni contenute nella banca dati, la quale costituisce quindi un supporto prezioso per i progettisti ed i tecnici degli enti locali

RINGRAZIAMENTI Lo studente G. Megna per l’aiuto nelle analisi 2D L’ing. M. Petri ed il dr. A. Santucci per l’aiuto nella realizzazione della struttura della banca dati