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LUGLIO ANDIAMO È TEMPO DDA ANALISI DI RISPOS
Sommario
In questa nota, con riferimento agli studi condotti in questi anni nel sottosuolo del centro storico
dell’Aquila, viene evidenziato che
elastici definiti a partire dalle
inadeguato per la previsione del moto sismico.
con VS,30 è inadeguato a determin
profondi.
1. Introduzione
La normativa NTC (D.M. 14 Gennaio 2008)
esistenti (in particolare quelli in muratura ubicati nei centri storici)
efficacemente da metodi semplificati, e la sua entrata in vigore ha portato allo sviluppo di numerosi
software di calcolo strutturale, in grado di aiutare il
manufatti complessi.
Ai fini di una accurata progettazione degli interventi di miglioramento
stessa normativa ribadisce la necessità
analisi di risposta sismica locale. Attraverso
condizioni locali e si possono valutare le caratteristiche del moto sismico sia in superficie che alla
profondità di interesse. L’analisi deve essere
di sottosuolo che a sua volta deve essere ricostruito
proprie della dinamica dei terreni
responsabilità redigendo e firmando
Esaminando i progetti redatti per il miglioramento/adeguamento degli edifici del centro storico
dell’Aquila danneggiati dal sisma
procedendo, in maniera sistematica e generalizzata
manufatti mediante l’approccio semplificato basato sulla velocità equivalente delle onde di taglio
VS,30. Scopo della presente nota è
una non corretta pratica di progettazione
2. Caratteristiche dell’evento sismico e modello di sottosuolo del cent
In seguito alla scossa principale del 6 Aprile 2009, gli edifici del centro storico della città
IO ANDIAMO È TEMPO DI CAMBIARE: AZIONI SISMICHE SOLODA ANALISI DI RISPOSTA SISMICA LOCALE
Gianfranco Totani
Università degli Studi dell’Aquila
gianfranco.totani@univaq.it
Ferdinando Totani
Ph.D. in Ingegneria Geotecnica
ferdinando.totani@gmail.com
In questa nota, con riferimento agli studi condotti in questi anni nel sottosuolo del centro storico
dell’Aquila, viene evidenziato che l’approccio semplificato basato sull’uso di
lle categorie di sottosuolo identificate in base a V
per la previsione del moto sismico. In particolare questi studi mostrano che l’approccio
è inadeguato a determinare accuratamente l’amplificazione dovuta agli effett
(D.M. 14 Gennaio 2008) sottolinea che il comportamento sismico di edifici
esistenti (in particolare quelli in muratura ubicati nei centri storici) non può essere descritto
efficacemente da metodi semplificati, e la sua entrata in vigore ha portato allo sviluppo di numerosi
software di calcolo strutturale, in grado di aiutare il professionista nella modellazione e verifica di
progettazione degli interventi di miglioramento/adeguamento
stessa normativa ribadisce la necessità di valutare le azioni sismiche sul manufatt
. Attraverso tale analisi infatti, si possono tenere in conto le specifiche
condizioni locali e si possono valutare le caratteristiche del moto sismico sia in superficie che alla
analisi deve essere svolta a partire dalla definizione del
che a sua volta deve essere ricostruito attraverso indagini geotecniche convenzionali e/o
proprie della dinamica dei terreni. Tutto ciò è compito del progettista il quale se ne assume la piena
e firmando la relazione geotecnica.
Esaminando i progetti redatti per il miglioramento/adeguamento degli edifici del centro storico
dell’Aquila danneggiati dal sisma del 6 Aprile 2009, si registra purtroppo che i
in maniera sistematica e generalizzata, alla determinazione dell’azione sismica
mediante l’approccio semplificato basato sulla velocità equivalente delle onde di taglio
è sollecitare una rapida revisione delle norme per
ettazione.
Caratteristiche dell’evento sismico e modello di sottosuolo del centro storico
In seguito alla scossa principale del 6 Aprile 2009, gli edifici del centro storico della città
AZIONI SISMICHE SOLO
In questa nota, con riferimento agli studi condotti in questi anni nel sottosuolo del centro storico
l’approccio semplificato basato sull’uso di spettri di risposta
categorie di sottosuolo identificate in base a VS,30 è palesemente
questi studi mostrano che l’approccio
dovuta agli effetti stratigrafici
sottolinea che il comportamento sismico di edifici
non può essere descritto
efficacemente da metodi semplificati, e la sua entrata in vigore ha portato allo sviluppo di numerosi
professionista nella modellazione e verifica di
/adeguamento degli edifici, la
le azioni sismiche sul manufatto mediante apposita
infatti, si possono tenere in conto le specifiche
condizioni locali e si possono valutare le caratteristiche del moto sismico sia in superficie che alla
del modello geotecnico
attraverso indagini geotecniche convenzionali e/o
se ne assume la piena
Esaminando i progetti redatti per il miglioramento/adeguamento degli edifici del centro storico
purtroppo che i progettisti stanno
alla determinazione dell’azione sismica sui
mediante l’approccio semplificato basato sulla velocità equivalente delle onde di taglio
sollecitare una rapida revisione delle norme per evitare che si afferni
ro storico dell’Aquila
In seguito alla scossa principale del 6 Aprile 2009, gli edifici del centro storico della città dell’Aquila
Incontro Annuale dei Ricercatori di Geotecnica 2014 - IARG 2014
Chieti e Pescara, 14-15-16 luglio
Gianfranco Totani e Ferdinando Totani
(entro le mura e appena fuori le mura di cinta) hanno subito ingenti danni a causa di:
- meccanismo di sorgente del terremoto;
- effetti di amplificazione stratigrafica e topografica.
Tale sisma ha avuto ipocentro posizionato a 8,3 km di profondità sulla verticale dell’epicentro indicato
in figura 1. La posizione di quest’ultimo, ubicata a solo 2 Km dal centro della città (Piazza Duomo),
ha fatto sì che l’evento è stato per la città dell’Aquila un evento di campo vicino (“near field”). Il moto
di propagazione delle onde sismiche è avvenuto principalmente lungo l’orientamento della conca
aquilana, la quale si estende in direzione NO-SE.
La porzione superiore del sottosuolo del centro storico della città dell’Aquila è costituito dalla
formazione delle megabrecce conosciute come “brecce dell’Aquila”. Al di sotto di tale formazione si
rinvengono i depositi lacustri (limi argillosi sabbiosi) che a loro volta poggiano sul tetto delle rocce
calcaree. I sondaggi profondi eseguiti in questi anni nel centro storico dell’Aquila (profondità massima
raggiunta: 300 metri dal piano campagna) indicano che lo spessore delle megabrecce è dell’ordine di
80-100 m, mentre lo spessore dei depositi lacustri è mediamente di 200 m (con punte fino a 250-270
m). La superficie del tetto dei depositi lacustri è orizzontale, il tetto delle rocce calcaree si rinviene alla
profondità di oltre i 300 m dal piano campagna. Una sezione geologica schematica è riportata in figura
2. Nella figura 3a sono riportati il profili stratigrafici di due sondaggi profondi: quello che ha
raggiunto la profondità di 300 m (eseguito Piazza Duomo, 717 m s.l.m.) e quello che ha raggiunto la
profondità di 195 metri intercettando il basamento roccioso alla profondità di 192 metri eseguito a
Madonna del Ponte (617 m s.l.m.) in prossimità del fiume Aterno. Nella stessa figura (3b) sono
riportati le misure di Vs eseguite nell’area della Fontana delle 99 Cannelle (630 m s.l.m.) fino ad oltre
130 di profondità con l’utilizzo del Dilatometro sismico (SDMT) in un foro di sondaggio riempito di
sabbia. Nella figura 3c è riportato il profilo di Vs misurata da Cross-Hole (CH) a Madonna del Ponte e
comparato con il profilo di Vs misurata da SDMT.
Con l’utilizzo della tecnica di misure di Vs con SDMT in fori riempiti di sabbia (Totani et al., 2009)
sono state fatte misure in numerosi siti del centro storico fino a profondità dell’ordine di 80-100 m dal
piano campagna. In fig. 4 e in fig. 5 sono riportati, a titolo di esempio, i profili di Vs nel sottosuolo di
Palazzo Camponeschi/Palazzo Margherita e nel sottosuolo di Palazzo del Governo.
3. Definizione delle azioni sismiche di ingresso al basamento roccioso
Ai fini delle analisi di risposta sismica locale effettuate nel centro storico dell’Aquila, gli
accelerogrammi naturali sono stati selezionati da archivi nazionali (http://itaca.mi.ingv.it) e
internazionali (http://www.isesd.hi.is/ESD_Local/Database/Database.htm). Al fine di aumentare il
grado di accuratezza della selezione è stata verificata la compatibilità spettrale media (contenuto
energetico compatibile con quello per il sito di analisi). I segnali accellerometrici selezionati sono
rappresentativi della sismicità e dell’assetto tettonico della conca dell’Aquila sintetizzati in figura 6.
(modificata da Gruppo di Lavoro MS–AQ 2010)
Fig. 1 – Localizzazione dell’epicentro Fig. 2 – Sezione geologica schematica ricostruita con i sondaggi profondi
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Gianfranco Totani e Ferdinando Totani
4. Analisi di risposta sismica locale (monodimensionale)
Quali esempi di numerose analisi effettuate, nelle figure seguenti sono riportati i risultati delle analisi
di risposta sismica locale (monodimensionale) effettuate ai fini della progettazione per gli interventi di
recupero di Palazzo Camponeschi, Palazzo Margherita e Palazzo del Governo.
Nelle figure vengono indicati i profili di Vs, le curve di decadimento del modulo di deformazione al
taglio e del fattore di smorzamento utilizzate. E’ da notare che tra gli spettri di risposta elastici in
accelerazione è indicato anche quello di normativa relativo al sottosuolo di tipo B (sottosulo
“ricorrente” nel centro storico in base a Vs30) per lo stato limite ultimo SLV (stato limite ultimo di
salvaguardia della vita).
5. Analisi di risposta sismica locale (bidimensionale)
Nella figura 9 sono riportati i risultati delle analisi di risposta sismica locale bidimensionale effettuate
ai fini della progettazione degli interventi di recupero della Basilica di Collemaggio.
6. Confronti spettri da Vs30 e da analisi di risposta sismica locale
La figura 10 mostra, per il caso del sottosuolo dell’Aquila le differenze tra gli spettri che si ottengono
con analisi di risposta sismica locale e quelli indicati dalla normativa a partire da Vs30. La marcata
differenza indica che, procedendo con Vs30, si sottostima significativamente l’azione sismica.
COLLUVIALCLAYEY SILT
LACUSTRINE DEPOSITS:SILTY SANDAND CLAYEY-SANDY SILT
617 m a.s.l.
g.l.
4 m
192 m
195 mLIMESTONE(BEDROCK)
g.l.
3 m
8 m
80 m
300 m
FILL MATERIAL
CALCAREOUSBRECCIA
RESIDUAL SOIL: CLAYEY SILT
717 m a.s.l.
LACUSTRINE DEPOSITS:SILTY SANDAND CLAYEY-SANDY SILT
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
105
110
115
120
125
130
135
140
0 400 800 1200 1600
Depth
(m
)
Shear wave velocity VS (m/s)
SDMT 1 SDMT 2
CH
S1-S2
FILL MATERIAL
LACUSTRINE DEPOSITS:SILTY SAND AND CLAYEY-SANDY SILT
CALCAREOUSBRECCIA
Fig. 3 – a) Profili stratigrafici da sondaggi profondi b) Profilo di Vs da DSMT c) Profilo di Vs da CH
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Gianfranco Totani e Ferdinando Totani
Fig. 4 – Profili di Vs nel sottosuolo di Palazzo Camponeschi / Palazzo Carli (categoria B in base a Vs,30)
Profilo stratigrafico schematico
VS misurata da SDMT (5 fori riempiti di sabbia) + Down-Hole
Risultati SPT (6 sondaggi)
RIPORTI
BRECCE CALCAREE
RIPORTI
BRECCE
LIMI
NSPT (colpi/30 cm)
Pro
fon
dità
da p
.c.
(m
)
Velocità onde di taglio VS (m/s)
Pro
fon
dità
da p
.c.
(m)
Palazzo Camponeschi / Palazzo Carli
Incontro Annuale dei Ricercatori di Geotecnica 201
Chieti e Pescara, 14-15-16 luglio
Gianfranco Totani e Ferdinando Tot
Measured by SDMT
Measured by Cross-Hole at AQV
Estimated asVS = f (z / σ'v)by experimental
relationships, in agreement with VSmeasured by Cross-
Hole and SDMT in same deposit at other sites
Fig. 5 – Stratigrafia e profili di Vs nel sottosuolo d
Fig. 6 –Principali strutture sismogenetiche della conca aquilana ed eventi sismici rilevanti (dal XIV secolo)
Fig. 7 – Analisi di risposta sismica locale per
di sottosuolo, profili delle Vs, curve di decadimento.
Fig. 8 - Analisi di risposta sismica locale per
Materiali di riporto antropico
Brecce dell’Aquila
Depositi lacustri
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Totani
Lab curves by RC-TS at C.A.S.E. site
Literature curves for dense gravel
Hole at AQV
Spectral acceleration S
a(g)
Period T (s)
calculated average
calculated by numerical analysis for 6 input accelerograms
defined according to NTC 2008 for return period T
Sa peaksconcentratedin T = 0.15-0.2 s
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0.0001 0.001 0.01 0.1 1
deformazione tangenziale, γ (%)
modulo
di ta
glio
norm
aliz
zato
, G
/Go
RC
CTS 1hz
CTS 0.5 hz
CTS 0.05 hz
0
2
4
6
8
10
12
14
0.0001 0.001 0.01 0.1 1
deformazione tangenziale, γ (%)
fattore
di sm
orz
am
ento
, D
(%
)
RC Dhp
RC Drf
CTS 1 hz
CTS 0.5 hz
CTS 0.05 hz
di Vs nel sottosuolo di Palazzo del Governo (categoria B in base a Vs,
Principali strutture sismogenetiche della conca aquilana ed eventi sismici rilevanti (dal XIV secolo)
Analisi di risposta sismica locale per Palazzo Camponeschi/Palazzo Margherita. a) Modello geotecnico
Vs, curve di decadimento. b) spettri di risposta in accelerazione
Analisi di risposta sismica locale per il progetto di recupero del Palazzo del Governo.
Materiali di riporto antropico
Period T (s)
calculated average
numerical analysis
defined according to NTC 2008 for return period TR = 475 years and type B ground
B in base a Vs,30)
Principali strutture sismogenetiche della conca aquilana ed eventi sismici rilevanti (dal XIV secolo)
/Palazzo Margherita. a) Modello geotecnico
b) spettri di risposta in accelerazione
del Governo.
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Chieti e Pescara, 14-15-16 luglio
Gianfranco Totani e Ferdinando Totani
7. Commenti e considerazioni finali
I progetti per il recupero dei manufatti del centro storico dell’Aquila, danneggiati a seguito del sisma
del 6 Aprile, costituiscono un test importante dell’utilizzo delle nuove norme NTC 08. Dall’esame di
essi si osserva che, per quanto riguarda la valutazione delle azioni sismiche, i progettisti ricorrono
sistematicamente alla categoria di sottosuolo definita a partire da Vs30, ritenendo che la principale
amplificazione sia dovuta agli strati superficiali. Le analisi di risposta sismica locale mostrano invece
chiaramente che la profondità di 30 metri e quindi Vs30 è inadeguata a prevedere correttamente
l’amplificazione e quindi a determinare una realistica azione sismica. I confronti indicano che è
necessario eliminare Vs30 come parametro chiave della progettazione e procedere esclusivamente
mediante analisi di risposta sismica locale che facciano uso di profili delle velocità delle onde di taglio
Vs accuratamente misurate fino a profondità ben superiori ai 30 metri (nel caso dell’Aquila fino a
profondità non inferiori a 50 m. e mediamente intorno ad 80 - 100 m).
Bibliografia
P. Monaco, G. Totani, S. Amoroso, F. Totani, D. Marchetti - “Site characterization by seismic dilatometer (SDMT) in the city of L’Aquila ”-
Rivista italiana di Geotecnica n. 3 /2013.
Totani G., Monaco P, Marchetti S., Marchetti D., (2009 VS measurements by seismic dilatometer (SDMT)in non-penetrable soils. Proc. 17th
Int. Conf. on “Soil Mechanics and Geotechnical Engineering”, Alexandria, 2pp 977-980.
Fig. 9 – Basilica di Collemaggio: sezione stratigrafica del sottosuolo; profili delle Vs da SDMT; spettri
di risposta calcolati con analisi bidimensionale
Fig. 10 - Centro storico dell’Aquila: Confronto tra spettri da categoria di sottosuolo e spettri da
analisi di risposta sismica locale
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