Risposta Sismica Locale - Effetto di Sito

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Danni provocati dalla liquefazione del suolo dopo un terremoto in Giappone 

Il termine "effetto di sito" in sismologia indica quell'associazione di caratteristiche geologiche e morfologiche che rende un luogo più o meno soggetto da danni conseguenti ad una scossa sismica.

La conoscenza degli effetti di sito è uno degli aspetti più importanti dal punto di vista della mitigazione dell’azione sismica.

In particolare l’azione destabilizzante di un terremoto sulle opere antropiche può essere di tipo diretto (moto vibratorio del suolo), o di tipo indiretto (frane sismoindotte e liquefazione dei terreni di fondazione).

Gli aspetti di mitigazione che riguardano il moto al suolo sono connessi all’ipotesi di una trasmissione amplificata del moto sismico proveniente dal basamento roccioso (bedrock) sottostante. La conoscenza di tale effetto è molto importante per la scelta di soluzioni progettuali idonee alla mitigazione del moto sismico. In particolare le situazioni che determinano gli effetti di amplificazione locale sono definite, oltre che da condizioni stratigrafiche dei terreni non consolidati giacenti sopra il bedrock, anche da particolari situazioni morfologiche tipo: zone di cresta, zone di versante acclive, zone di vallata o di conca endoreica e, o comunque, aree dove si hanno effetti di focalizzazione del raggio sismico.

In molti casi l'amplificazione è dovuta a fenomeni di risonanza di terreni incoerenti stratificati al di sopra del 'bedrock': fenomeni di riflessione e rifrazione delle onde sismiche alle interfacce di discontinuità tra i due tipi di terreno portano infatti all'intrappolamento delle onde sismiche nello strato superficiale e alla successiva amplificazione; tale configurazione geomorfologica facilità anche la propagazione delle 'Onde di Love' che sono tra i tipi di onde sismiche più distruttive.

L’individuazione delle aree potenzialmente interessate da fenomeni di frane sismoindotte e da fenomeni di liquefazione possono essere fatta mediante il rilevamento diretto sul terreno, tramite la prospezione geologica, di alcuni elementi indiziari caratteristici della presenza di frane, nonché, da documentazioni storiche e testimonianze riguardanti gli avvenimenti accaduti in passato nella zona.

In particolare tutte le aree in frana possono essere destabilizzate da un terremoto, in particolare le frane attive; le frane quiescenti e/o stabilizzate possono essere, comunque, riattivate da un sisma violento.

L’individuazione di eventuali terreni di recente deposizione (deposizione quaternaria e antropica) permette di circoscrivere aree potenzialmente interessate da fenomeni di liquefazione o di densificazione del suolo.

Gli effetti di sito, e con essi le necessarie misure di protezione antisismiche, possono essere individuati tramite attente analisi di microzonazione sismica.

    

Geologia: Come individuiamo le faglie attive - Video

Francesca Cinti ci racconta i metodi che usano i geologi per identificare le faglie attive e per studiare le loro caratteristiche come la loro età e i tempi di ricorrenza dei forti terremoti.

 

Caricato da INGVterremoti in data 10/mag/2011

Sismica: Amplificazione locale delle Onde sismiche - Effetto di sito - Contiene Video

Amplificazione sismica locale
Modificazione in ampiezza, frequenza e durata dello scuotimento sismico dovuta alle specifiche condizioni litostratigrafiche e morfologiche di un sito. Si può quantificare mediante il rapporto tra il moto sismico in superficie al sito e quello che si osserverebbe per lo stesso evento sismico su un ipotetico affioramento di roccia rigida con morfologia orizzontale. se questo rapporto è maggiore di 1, si parla di amplificazione locale.

Nel video successivo Giovanna Cultrera spiega come le onde sismiche si modificano vicino alla superficie terrestre attraversando terreni con caratteristiche elastiche differenti. Il cosiddetto "effetto di sito" è per esempio l'amplificazione delle onde quando incontrano i sedimenti fluviali o lacustri

Caricato su Youtube da INGVterremoti in data 10/mag/2011

  

 

Nakamura - Microtremori

La tecnica di Nakamura di analisi dei microtremori è finalizzata alla determinazione della frequenza naturale di vibrazione di una data struttura sedimentaria.
È basata sulla stima del rapporto fra l’ampiezza spettrale del microtremore misurato sul piano orizzontale e quello misurato nella direzione verticale.

Per questo motivo la tecnica di Nakamura assume anche la denominazione di HVSR dall’acronimo inglese Horizontal to Vertical Spectral Ratios.

Tale tecnica si basa su tre assunzioni fondamentali:
1. I microtremori sono originati da sorgenti locali superficiali, il contributo delle sorgenti profonde è trascurabile;
2. L'amplificazione è dovuta alla propagazione delle onde all’interno di un singolo strato soffice superficiale situato su di un semispazio rigido;
3. La componente verticale del moto non è soggetta a fenomeni di amplificazione.

Microtremori - rumore sismico ambientale, caratterizzato da oscillazioni di piccola ampiezza, provocate da sorgenti naturali o antropiche (onde del mare, vento, piccoli movimenti terrestri, traffico ecc.). la maggior parte degli autori ritiene che i microtremori siano costituiti da onde di Rayleigh.

Terremoti, Edifici e Risonanza

Si ha risonanza quando una forza esterna agisce su un sistema fisico con una frequenza capace di amplificare il moto del sistema stesso.
La comune altalena che si trova nei parchi da gioco è in sostanza un pendolo. Esso ha, come tutti i pendoli, una frequenza tipica di oscillazione. Per spingere una persona sull’altalena, in modo da ottenere un moto sempre più ampio, dobbiamo imprimere all’altalena delle spinte anche piccole, ma sempre sincronizzate con il suo moto: quando l’altalena è tornata indietro al massimo e comincia a tornare in avanti, una piccola spinta ne aumenta l’ampiezza di oscillazione. Spinta dopo spinta, l’oscillazione diventa sempre più ampia e più veloce: è un esempio di un fenomeno generale, che avviene in meccanica, acustica ed elettromagnetismo e si chiama risonanza.
Un esempio famoso dei possibili effetti della risonanza è il crollo del ponte di Angeres,in Francia,avvenuto nel 1850.In quell’occasione passarono sul ponte diverse centinaia di soldati, che marciavano al passo: i colpi dei piedi sul ponte lo fecero vibrare in modo tale da amplificarne le oscillazioni spontanee, proprio come avviene nell’altalena; mediante tale meccanismo, queste oscillazioni si amplificarono fino a staccare i cavi che sorreggevano il ponte dai loro punti di ancoraggio.
In molti casi la risonanza è anche la causa dei danni arrecati dal terremoto. Per esempio, nel 1989 un violento terremoto avvenuto nella zona di San Francisco, in California, fece crollare un tratto di autostrada sopraelevata. In quell’occasione le onde sismiche avevano una frequenza di circa 1,4 Hz e sono entrate in risonanza con le oscillazioni della carreggiata. La strada ha dunque iniziato a vibrare con un’ampiezza sempre più grande, fino a crollare.
Tratto da: http://online.scuola.zanichelli.it/amaldi-files/Cap_16/Risonanza_Cap16_Par3_Amaldi.pdf

Livelli di studi di Microzonazione Sismica

Lo studio di Microzonazione sismica è uno strumento conoscitivo dalle diverse potenzialità, che ha costi differenti in funzione del livello di approfondimento che si vuole raggiungere.

Livello 1: è un livello propedeutico ai veri e propri studi di Microzonazione sismica, in quanto consiste in una raccolta di dati preesistenti, elaborati per suddividere il territorio in microzone qualitativamente omogenee.

Livello 2: introduce l’elemento quantitativo associato alle zone omogenee, utilizzando ulteriori e mirate indagini, ove necessarie, e definisce una vera carta di MS.

Livello 3: restituisce una carta di MS con approfondimenti su tematiche o aree particolari.
Per saperne di più: Protezione Civile

Professione Geologo DPR 328

Estratto da: Decreto del Presidente della Repubblica 5 giugno 2001, n. 328, (Pubblicato nel S.O. n. 212/L alla G.U. n. 190 del 17 agosto 2001)

Modifiche ed integrazioni della disciplina dei requisiti per l'ammissione all'esame di Stato e delle relative prove per l'esercizio di talune professioni, nonchè della disciplina dei relativi ordinamenti

CAPO VIII

PROFESSIONE DI GEOLOGO

Art. 40

(Sezioni e titoli professionali)

1. Nell'albo professionale dell'ordine dei geologi sono istituite la sezione A e la sezione B.
2. Agli iscritti nella sezione A spetta il titolo professionale di geologo.
3. Agli iscritti nella sezione B spetta il titolo professionale di geologo iunior.
4. L'iscrizione all'albo dei geologi è accompagnata dalle dizioni: "Sezione dei geologi", "Sezione dei geologi iuniores".

Art. 41

(Attività professionali)

1. Formano oggetto dell'attività professionale degli iscritti nella sezione A, ai sensi e per gli effetti di cui all'articolo 1, comma 2, restando immutate le riserve e attribuzioni già stabilite dalla vigente normativa, oltre alle attività indicate nel comma 2, in particolare le attività implicanti assunzioni di responsabilità di programmazione e di progettazione degli interventi geologici e di coordinamento tecnico-gestionale, nonché le competenze in materia di analisi, gestione, sintesi ed elaborazione dei dati relativi alle seguenti attività, anche mediante l'uso di metodologie innovative o sperimentali:

a) il rilevamento e la elaborazione di cartografie geologiche, tematiche, specialistiche e derivate, il telerilevamento, con particolare riferimento alle problematiche geologiche e ambientali, anche rappresentate a mezzo "Geographic Information System" (GIS);
b) l'individuazione e la valutazione delle pericolosità geologiche e ambientali; l'analisi, prevenzione e mitigazione dei rischi geologici e ambientali con relativa redazione degli strumenti cartografici specifici, la programmazione e progettazione degli interventi geologici strutturali e non strutturali, compreso l'eventuale relativo coordinamento di strutture tecnico gestionali;
c) le indagini geognostiche e l'esplorazione del sottosuolo anche con metodi geofisici; le indagini e consulenze geologiche ai fini della relazione geologica per le opere di ingegneria civile mediante la costruzione del modello geologico-tecnico; la programmazione e progettazione degli interventi geologici e la direzione dei lavori relativi, finalizzati alla redazione della relazione geologica;
d) il reperimento, la valutazione e gestione delle georisorse, comprese quelle idriche, e dei geomateriali d'interesse industriale e commerciale compresa la relativa programmazione, progettazione e direzione dei lavori; l'analisi, la gestione e il recupero dei siti estrattivi dimessi;
e) le indagini e la relazione geotecnica;
f)la valutazione e prevenzione del degrado dei beni culturali ed ambientali per gli aspetti geologici, e le attività geologiche relative alla loro conservazione;
g) la geologia applicata alla pianificazione per la valutazione e per la riduzione dei rischi geoambientali compreso quello sismico, con le relative procedure di qualificazione e valutazione; l'analisi e la modellazione dei sistemi relativi ai processi geoambientali e la costruzione degli strumenti geologici per la pianificazione territoriale e urbanistica ambientale delle georisorse e le relative misure di salvaguardia, nonché per la tutela, la gestione e il recupero delle risorse ambientali; la gestione dei predetti strumenti di pianificazione. programmazione e progettazione degli interventi geologici e il coordinamento di strutture tecnico-gestionali;
h) gli studi d'impatto ambientali per la Valutazione d'Impatto Ambientale (VIA) e per la
Valutazione Ambientale Strategica (VAS) limitatamente agli aspetti geologici;
i) i rilievi geodetici, topografici, oceanografici ed atmosferici, ivi compresi i rilievi ed i parametri meteoclimatici caratterizzanti e la dinamica dei litorali; il Telerilevamento e i Sistemi Informativi Territoriali (SIT);
l) le analisi, la caratterizzazione fisicomeccanica e la certificazione dei materiali geologici;
m) le indagini geopedologiche e le relative elaborazioni finalizzate a valutazioni di uso del territorio;
n) le analisi geologiche, idrogeologiche, geochimiche delle componenti ambientali relative alla esposizione e vulnerabilità a fattori inquinanti e ai rischi conseguenti; l'individuazione e la definizione degli interventi di mitigazione dei rischi;
o) il coordinamento della sicurezza nei cantieri temporanei e mobili limitatamente agli aspetti geologici;
p) la funzione di Direttore responsabile in tutte le attività estrattive a cielo aperto, in sotterraneo, in mare;
q) le indagini e ricerche paleontologiche, petrografiche, mineralogiche, sedimentologiche, geopedologiche, geotecniche e geochimiche;
r) la funzione di Direttore e Garante di laboratori geotecnici;
s) le attività di ricerca.
2. Formano oggetto dell'attività professionale degli iscritti nella sezione B, ai sensi e per gli effetti di cui all'articolo 1, comma 2, restando immutate le riserve e attribuzioni già stabilite dalla vigente normativa, le attività di acquisizione e rappresentazione dei dati di campagna e di laboratorio, con metodi diretti e indiretti, quali:
a) il rilevamento e la redazione di cartografie geologiche e tematiche di base anche rappresentate a mezzo "Geographic Information System" (GIS);
b) il rilevamento degli elementi che concorrono alla individuazione della pericolosità geologica e ambientale ai fini della mitigazione dei rischi, compreso l'eventuale relativo coordinamento di strutture tecnico gestionali;
c) le indagini geognostiche e l'esplorazione del sottosuolo anche con metodi geofisici finalizzate alla redazione della relazione tecnico geologica;
d) il reperimento e la valutazione delle georisorse comprese quelle idriche;
e) la valutazione e prevenzione del degrado dei beni culturali ed ambientali limitatamente agli aspetti geologici;
f) i rilevamenti geologico-tecnici finalizzati alla predisposizione degli strumenti di pianificazione urbanistica e territoriale;
g) gli studi d'impatto ambientale per la Valutazione d'Impatto Ambientale (VIA) limitatamente agli aspetti geologici;
h) i rilievi geodetici, topografici, oceanografici ed atmosferici, ivi compresi i rilievi ed i parametri meteoclimatici caratterizzanti e la dinamica dei litorali;
i) le analisi dei materiali geologici;
l) le esecuzioni di indagini geopedologiche e la relativa rappresentazione cartografica;
m) la funzione di Direttore responsabile nelle attività estrattive con ridotto numero di addetti;
n) le indagini e ricerche paleontologiche, petrografiche, mineralogiche, sedimentologiche.

Prova SPT - Prova penetrometrica standard - Contiene Video

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La prova penetrometrica standard o prova penetrometrica dinamica (SPT dall'inglese Standard Penetration Test) è un tipo di indagine geotecnica per ricavare e studiare le caratteristiche di un terreno. Questa prova consiste nel far penetrare nel terreno un campionatore standardizzato (campionatore Raymond) sotto i colpi di un maglio con peso di 63,5 kg e da un'altezza di 76 cm.

 

Il maglio, battendo a caduta libera sulle aste standard che prolungano il campionatore, infigge l'attrezzo nel terreno. Le misure vengono effettuate per tre avanzamenti consecutivi di 15 cm ciascuno, contando il numero di colpi necessari (N_spt) per ogni avanzamento. La resistenza alla penetrazione del terreno è caratterizzata dalla somma del numero di colpi per il secondo e terzo avanzamento, cioè N=N2+N3. La prova viene eseguita al fondo di un foro di sondaggio (possibilmente alterando il meno possibile il terreno), scavato in precedenza alla profondità desiderata.

I vantaggi sono:

• è eseguibile nel corso di un normale sondaggio senza spese eccessive;
• si può eseguire su qualsiasi tipo di terreno, tuttalpiù cambiando il campionatore cilindrico cavo con una punta conica per materiale grossolano;
• consente una sicura interpretazione del risultato;
• è molto diffusa quindi si dispone di molta bibliografia.

Gli svantaggi sono:

• la prova è discontinua e puntuale;
• i risultati possono essere correlati solo empiricamente con i parametri geotecnici, perché non simula il comportamento del terreno nel campo delle sollecitazioni statiche;
• i risultati possono essere molto influenzati dal tipo di attrezzature e dalle modalità esecutive.

Il D.M. del 14.01.2008 ai fini della definizione dell'azione sismica di progetto prende in considerazione anche la prova SPT (per terreni a grana grossa) per la individuazione delle seguenti categorie di sottosuolo:

• B - rocce tenere e depositi di terreni a grana grossa molto addensati o terreni a grana fine molto consistenti - N_spt,30 > 50
• C - depositi di terreni a grana grossa mediamente addensati o terreni a grana fine mediamente consistenti - N_spt,30 > 15 ma < 50
• D - depositi di terreni a grana grossa scarsamente addensati o terreni a grana fine scarsamente consistenti - N_spt,30 < 15.

Dove N_spt,30 è definita come resistenza penetrometica dinamica equivalente e il pedice 30 sta ad indicare che la prova deve interessare tutti gli strati compresi nei primi 30 m di profondità.
Nel caso di fondazioni superficiali (quali plinti, travi rovesce, platee) tale profondità è riferita al piano d'imposta della fondazione, mentre per fondazioni su pali è riferita alla testa dei pali stessi.

Links per le formule di correlazione:

Prove Spt e Modulo di Taglio

Prove Spt e Modulo Edometrico

Prove Spt e Angolo d'attrito

Verifica Qualitativa alla Liquefazione delle Sabbie

Verifica Qualitativa alla Liquefazione di un Sito in pratica
Per verificarsi il fenomeno della Liquefazione ha bisogno di acqua, quindi molto importante è che i terreni siano saturi, nel corso di eventi precedenti si è visto che in terreni in falda con soggiacenza superiore ai 15 m non si sono osservati fenomeni di liquefazione.
Juan e Elton nel 1991 hanno valutato la Suscettibilità alla Liquefazione (SL) di un sito in funzione della profondità della falda o Soggiacenza della Falda (SF):

SL Molto alta - SF < 1,5 m

SL Alta - 1,5 m < SF < 3,0 m

SL Media - 3,0 m < SF < 6,0 m

SL Bassa - 6,0 m < SF < 10,0 m

SL Molto Bassa - SF > 10,0 m

Non basta la sola presenza di acqua per dire se un sito è soggetto o no al fenomeno, sono necessari altre condizioni legate alla natura geologica del sito e alle caratteristiche sismiche del territorio, quindi:

 

Terreni; quelli suscettibili di liquefazione sono le sabbie fini sciolte o poco addensate e le sabbie e i limi non gradati;
Grado di Saturazione del 100%;
Sismicità: Sismi con M superiore o uguale a 5,5, accelerazioni previste maggiori o uguali a 0,2 g;
Diametro medio dei grani D50 compreso tra 0.02 mm e 1.00 mm

Coefficiente di Uniformità Cu < 15
Contenuto in fini inferiore al 10%
Basso grado di addensamento, Nspt < 10 per profondità < 10 m ed Nspt < 20 per profondità > 10 m.
Indice di plasticità Ip < 10.

Riferimenti bibliografici
Gonzalez de Vallejo, L.I.(2005) - Geoingegneria - Pearson Education Italia
Riga, G. (2008) - Microsim (procedure automatiche di microzonazione sismica) - Dario Flaccovio Editore
Riferimenti Internet
Wikipedia, l'enciclopedia libera. Liquefazione_delle_sabbie

Coefficiente di Poisson e Velocità onde sismiche in alcuni litotipi

Tratto da: Metodi di prospezione sismica per la stima delle velocità delle onde sismiche nel sottosuolo, Università del Sannio, Corso di laurea magistrale in Scienze e Tecnologie Geologiche, Insegnamento di Geofisica Applicata – modulo B. Pdf completo scaricabile.

Coefficiente di Poisson

Vp medie di alcuni litotipi