Stima della pericolosità sismica

Misura di un terremoto Magnitudo momento Magnitudo Richter Definì la magnitudo come il logaritmo base 10 della massima ampiezza letta sul simogramma registrato da un sismometro Wood Anderson localizzato 100Km dall’epicentro del terremoto.

Misura di un terremoto Intensità: Misura qualitativa degli effetti di un terremoto sulla base dei danni procurati, sia in termini economici, sia in termini di vite umane

Scala Mercalli

Importantissimo!!!!! La magnitudo è una grandezza legata all’energia rilasciata dall’evento sismico L’Intensità è una grandezza relativa al danno

Parametri che descrivono l’effetto di un terremoto Peak Ground Acceleration: PGA Il PGA è il picco massimo letto sull’accelerogramma, è di grande interesse ingegneristico poiché esprime la massima accelerazione che solleciterà le strutture. Si legge direttamente dall’accelerogramma. Domanda: Su quali componenti del moto? Perché?

Lettura del PGA PGA Accelerazione m/s2 Tempo (s)

Fenomeno della Risonanza Ogni corpo è caratterizzato da una sua frequenza caratteristica…….anche se fermo!! Sono le particelle che compongono i corpi a vibrare!! Che cosa succede se il corpo comincia a vibrare ad una frequenza pari alla frequenza caratteristica? Oscilla con ampiezza sempre maggiore, quindi accumula sempre più energia fino a rompersi. Anche gli edifici hanno una frequenza caratteristica, è quindi importante determinare come un terremoto mette in vibrazione una strutura

Spettro di risposta Lo spettro di risposta si costruisce assimilando il palazzo ad un oscillatore armonico con un grado di libertà sia forzato che smorzato Dove la forzante è la componente orizzontale del moto del suolo, lo smorzamento è invece legato all’attrito. Massima velocità di oscillazione della struttura Frequenza caratteristica Il parametro damping esprime l’effetto dell’attrito Accelerazione del suolo

Come è fatto uno spettro di risposta? Per costruire lo spettro di risposta si usano diversi oscillatori ciascuno caratterizzato da una diversa frequenza caratteristica, per ciascuno si calcola la massima velocità di oscillazione e la si riporta sul grafico

Rischio Simico Pericolosità: probabilità di superamento di un certo livello di un parametro scelto per la descrizione del moto del suolo in un sito di interesse durante un certo periodo fissato. Vulnerabilità: probabilità che certe categorie di elementi a rischio subiscano danno per effetto di un terremoto di una certa severità Esposizione: Analisi quantitativa e qualitativa degli elementi a rischio

Come si valuta la pericolosità Individuazione delle sorgenti sismogenetiche Le sorgenti sismogenetiche possono essere una faglia, ben descritta da studi precedenti, oppure delle intere regioni che contengono piu’ faglie Definizione del potenziale sismico Il potenziale sismico descrive la capacità della zona sismogenetica di generare un certo numero di terremoti di una certa entità Valutazione degli effetti del terremoto allo scopo di valutare gli effetti di un terremoto in un sito di interesse si costruiscono delle relazioni tra i parametri che descrivono il moto e le caratteristiche delle sorgenti Stima della pericolosità Quest’ultimo passo è diverso a secondo del metodo usato.

Esistono due diversi approcci per valutare la pericolosità sismica Approccio deterministico La stima della pericolosità coincide con la valutazione dell’effetto dell’evento sismico nel sito: questo tipo di valutazione è detta di SCENARIO Approccio probablistico Per stimare la pericolosità si costruiscono delle curve che esprimono la probabilità che il moto del suolo superi un certo livello in un periodo di tempo fissato.

Approccio deterministico Obiettivo: Ad un dato sito S, stimare il valore di picco dell’ accelerazione (PGA) per un terremoto di magnitudo M Selezionare una potenziale faglia attiva che può produrre terremoti di magnitudo M Stimare i parametri di sorgente (geometria, dislocazione, momento sismico etc.) Modello di velocità/attenuazione a scala crostale ed effetti di sito Calcolare i sismogrammi sintetici al sito S Stimare PGA e forme spettrali attesi

Esempio di studio deterministico di pericolosità sismica Studio deterministico di scenario per il terremoto dell’Irpinia del 1980

Selezione di una potenziale faglia attiva e valutazione dei parametri di sorgente Le osservazioni geologiche aiutano ad individuare le faglie Gli studi sismologici aiutano a caratterizzare la sorgente

Modello di velocità Profondità Vp Vs Densità Qp Qs 2000 1150 2100 150. 2000 1150 2100 150. 50. 250 3200 1850 2300 200. 100. 1000 4500 2600 2500 6200 3600 2700 450 150 15000 7400 4300 2900 900 300 In questo caso la Terra viene assimilata ad un mezzo a strati piani e paralleli. Possiamo considerarla un piano perchè stiamo studiando una regione piccola rispetto alla superficie totale Questo tipo di approssimazione può essere giustificata da una scarsa conoscenza del sottosuolo.

Calcolo dei sismogrammi sintetici

Determinazione del PGA

Stima della pericolosità nel sito di Napoli Velocità (m/s) Accelerazione (m/s^2) Tempi (s) Tempi (s) Ampiezza Frequenza (Hz)

E se…. In tutti questi casi al metodo E se non si conoscono i parametri caratteristici di sorgente? E se si vogliono studiare gli effetti di più eventi nel sito di interesse? E se si volesse tener conto del periodo di occorrenza degli eventi? In tutti questi casi al metodo deterministico si preferisce quello probabilistico!!

Metodo Probabilistico Obiettivo: Ad un dato sito S, stimare la probabilità che venga superato un determinato valore del picco dell’ accelerazione (PGA) per un dato periodo di ritorno T Selezionare le aree sismogenetiche di interesse per il sito S Determinare la legge di Gutenberg-Richter Determinare la legge di attenuazione (PGA - distanza) Calcolo della probabilità di eccedenza di un dato valore di PGA

Individuazione delle zone sismogenetiche Zonazione Sismica Individuazione delle strutture In grado di generare terremoti Distribuzione di eventi sismici sulla base del catalogo sismico (Italiano)

Legge empirica di Gutenberg-Richter a determina la magnitudo massima attese b è il rapporto tra grandi e piccoli terremoti I parametri a e b caratterizzano le zone sismogentetiche

Esercizio: ricaviamo la G-R Consultiamo il catalogo NT4.1 Definiamo degli intervalli di magnitudo Contiamo quanti terremoti cadono in ciascun intervallo Contiamo quanti terremoti hanno magnitudo maggiore o uguale all’estremo di ciascun intervallo Disegnamo gli istogrammi Uniamo i punti medi con una curva Abbiamo ottenuto la G-R! Zona sismogenetica 63

Determinazione della legge di attenuazione La legge di attenuazione esprime il parametro scelto per descrivere il moto del suolo in funzione della distanza dal sito, della magnitudo, delle relazioni tra distanza e magnitudo, che può tener conto anche delle caratteristiche del sito e/o della sorgente.

Legge di attenuazione per l’Italia Ottengo una curva per ogni valore di magnitudo

Stima della pericolosità Gli effetti di tutti i terremoti di diversa dimensione che avvengono in diverse locazioni delle sorgenti sismiche vengono integrati in una curva che mostra la probabilità di superare i diversi livelli di moto del suolo Per ricavare tale probabilità si formula l’ipotesi che ciascun terremoto avvenga indipendentemente dagli altri Esempio: se avviene un terremoto di m=6.5 su di una faglia questo non avrà alcuna influenza sul luogo dove avverrà il prossimo terremoto o sulle sue dimensioni. (NON POSSIAMO CONSIDERARE LE REPLICHE) Gli eventi che rispettano questa ipotesi si distribuiscono secondo la Distribuzione di Poisson.

Distribuzione di Poisson Se N è il numero di eventi che avvengono in un periodo T la probabilità che avvengano n eventi in un periodo t è: Analogamente si ricava la probabilità di eccedenza del livello del moto del suolo E ha lo stesso ruolo di l esprime l’occorrenza dell’evento, ha pero’ una formulazione molto più complessa che include le leggi discusse fino ad ora Al variare di z0 è possibile costruire una curva di pericolosità sismica in ciascun sito. Sfruttando le curve di pericolosità è possibile costruire una mappa di pericolosità sismica sulla quale sono riportati, per ciascun sito, i valori del parametro che hanno una probabilità fissata (di solito il 10%) di essere superati, in un certo intervallo di tempo.

Definizione di periodo di ritorno Sulla base delle considerazioni fatte si definisce periodo di ritorno Il rapporto: Dove T è l’intervallo di tempo in cui ci interessa studiare la pericolosità Esempio: T è la vita media di una struttura in cemento armato Il periodo di ritorno associato al 10% di probabilità di superamento in 50 anni è di circa 475 anni!