Lezione 9: Gli effetti di sito, teoria ed esperienze (parte seconda)

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1 Lezione 9: Gli effetti di sito, teoria ed esperienze (parte seconda)

2 Il Bacino di Colfiorito

3 Di Giulio et al., 2003 Terremoti Umbria-Marche Settembre 1997
Rock Station Magnitudo 3.4 Di Giulio et al., 2003 Terremoti Umbria-Marche Settembre 1997

4 Che cosa stiamo osservando e come possiamo intervenire?
Si tratta di effetti complessi che in alcune situazioni possono anche cambiare da terremoto a terremoto. Le indagini possono svilupparsi a diversi livelli di complessità. Per una corretta quantificazione degli effetti in casi specifici è consigliabile usare più metodi di indagine.

5 Metodi empirici (mediante registrazioni di terremoti
e rumore ambientale) Misure in situ Prospezioni geofisiche Modellazioni numeriche

6 Confronto tra H/Href e H/V
2 8 10 6 4 Frequency (Hz) 12 Reference Station H/V Noise Per la stazione al Centro e per la stazione di riferimento del bacino (media)

7 Profili di sismica attiva e geoelettrica (Di Giulio et al., 2003)

8 Sondaggi e misure in situ

9 Esperimenti con array sismici
(Progetto EU SESAME) Array Sismici

10 Inversione curve di dispersione (Progetto EU SESAME)
Vs (m/s) Frequency (Hz) Depth (m) Slowness (s/m) Misfit scale

11 Confronto tra H/V e funzioni di ellitticità
(Di Giulio et al., 2006)

12 Serie temporale non filtrata
Serie temporale filtrata a 1 Hz

13 Progressiva perdita di coerenza dopo le riverberazioni verticali
backazimut 320°

14 Rapporti spettrali su finestre temporali di diversa durata
T = 20 s T = 4 s

15 Confronto tra rapporti spettrali (curve nere) e
funzioni di trasferimento 1D (curve rosse) Misfit scale

16 In campo lineare, le funzioni di trasferimento 1D calcolate dal profilo di velocità verticale sottostimano le amplificazioni osservate. I risultati ottenuti con terremoti di bassa magnitudo devono essere utilizzati con cautela per previsioni di forti terremoti (diversa natura del campo d’onda, non-linearità, etc.). Per tener conto delle variazioni laterali devono essere utilizzati modelli 2D e 3D.

17 Simulazioni numeriche 3D
Courtesy by Peter Moczo, University of Bratislava

18 Per riassumere La frequenza di risonanza e la risposta 1D del bacino di Colfiorito si determina facilmente anche con approcci speditivi. Un modello 1D non è in grado di descrivere la complessità dei fenomeni riflessa nei dati sismici. Tecniche di array consentono lo studio degli effetti 2-3D e permettono stime dei profili di velocità. La geometria del bacino necessaria per una corretta modellazione può essere ricavata soltanto tramite indagini geofisiche più complete. Visti i forti contrasti di impedenza e e gli spessori non eccessivi (in media tra 50 e 100 metri) il bacino può essere studiato con successo. Siamo sempre in grado di comprendere con questo dettaglio la risposta sismica locale?

19 Il caso di Nocera Umbra Stazione accelerometrica su sito classificato roccioso Picchi di accelerazione registrati superiori a 500 cm/s2 per almeno tre eventi della sequenza. Le registrazioni accelerometriche forniscono i massimi valori di picco mai registrati dalle stazioni accelerometriche italiane

20 Rapporti Spettrali tra la stazione di Nocera Umbra e Nocera Umbra Biscontini per gli eventi del 6/10/97 (Colfiorito) e del 14/10/97 (Sellano)

21 La stazione è installata sul bordo di una zona di faglia caratterizzata dalla presenza di rocce estremamente fratturate. Tale struttura è in grado di produrre importanti effetti di amplificazione dipendenti anche dall’azimuth dell’evento.

22 La zona di faglia, caratterizzata da velocità abbastanza elevate delle onde di taglio e da notevoli profondità, è in grado di produrre un forte fenomeno di intrappolamento delle onde sismiche (Si ringrazia per il filmato il Dott. Arrigo Caserta)

23 Dopo Colfiorito: il Terremoto del Molise ed il caso di San Giuliano di Puglia

24 Scuola Chiesa

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27 BEDROCK ESTERNO CHIESA SCUOLA

28 La complessità delle forme d’oda registrate unita alla mancanza di chiare frequenze di risonanza nei rapporti spettrali suggerisce la presenza di effetti 2-3D complessi. Anche la scelta di un sito di riferimento risulta critica vista la presenza probabile di effetti di amplificazione anche nelle zone meno danneggiate di San Giuliano di Puglia

29 Parametri della Modellazione
INGV Parametri della Modellazione Orientazione Faglia E-W strike 270 – dip 80 Dimensioni Faglia (km2) 8.0 x 6.4 Vertice superiore (km) 13.7 Magnitudo momento (Mw) 5.7 Parametro di stress (bar) 50 Sottoelementi faglia 20 Dimensione elementi (km) 1.6 Slip omogeneo (m) 0.2 Corner frequency elementi (Hz) 0.9 Velocità onde di taglio (km/s) 3.8 Densità (gr/cm3) 2.9 Spreading geometrico 1/R Attenuazione anelastica 80 * f 0.7 – 200 * f 0.8 Fattore k0 0.050 Punto di enucleazione

30 Valori di PGA ricavati dalla modellazione
INGV Valori di PGA ricavati dalla modellazione Funzione di Trasferimento PGA* stimati (cm/s2) Scuola – Chiesa (dati accelerometrici) 75 Scuola – Chiesa (dati velocimetrici) 80 Suola – Sant’Elia a Pianisi (dati accelerometrici) 130 Scuola – Stazione INGV Torr (dati velocimetrici) 161 Chiesa – Stazione INGV Torr (dati velocimetrici) 61 Rapporti H/V Chiesa (dati di microtremore) 64 Rapporti H/V Scuola (dati di microtremore) * Il valore di PGA è il valore limite dello spettro di risposta in PSA calcolato su 100 iterazioni.

31 CONCLUSIONI I progressi fatti negli ultimi anni nello studio degli effetti di sito sono stati molti ed importanti. In caso di bacini alluvionali possiamo cercare di prevedere gli effetti di amplificazione a vari stadi di dettaglio effettuando indagini preliminari basate su approcci multidisciplinari Esistono ancora, purtroppo, situazioni geologiche complesse in grado di produrre effetti di sito importanti e non facilmente prevedibili a priori specie con approcci speditivi.