APPROCCI PROBABILISTICI E DETERMINISTICI NELLA …

APPROCCI PROBABILISTICI E DETERMINISTICI

NELLA DEFINIZIONE DELL’INPUT SISMICO

Giornata di studio in onore di Dario Rinaldis

MONITORAGGIO SISMICO DI SITI E STRUTTURE

Stato dell’arte e prospettive future

Roma, 16 febbraio 2016

ENEA - Via Giulio Romano, 41

Fabio Sabetta Dipartimento della Protezione Civile

Ufficio Rischio Sismico e Vulcanico

Servizio Pericolosità e Rischio Simico

2

In letteratura vengono proposti diversi approcci per la selezione del moto di input

ai fini della valutazione dell’amplificazione del moto del suolo ma manca una

indicazione chiara circa la metodologia da adottare

• Deterministic Seismic Hazard Assessmnent (DSHA) - non fornisce indicazioni

sulla probabilità di accadimento del terremoto di riferimento e sull’effetto delle

incertezze

• Probabilistic Seismic Hazard Assessment (PSHA) - non fornisce indicazioni

sul terremoto di riferimento e le coppie magnitudo-distanza che permettono di

definire lo scenario atteso

Si tende spesso a presentare DSHA e PSHA come mutualmente esclusivi

(Bommer, 2002).

In realtà la dicotomia tra i due metodi non è così pronunciata e l’approccio ideale

dovrebbe coniugare i vantaggi di entrambi i metodi (McGuire, 1995).

La scelta migliore è quella di utilizzare entrambi gli approcci integrati

(disaggregazione PSHA - Bazzurro e Cornell, 1999)

Introduzione

3

1. Selezione di spettri di risposta UHS su suolo rigido (periodo ritorno 475 anni) ricavati

dal PSHA e/o dalla normativa tecnica per il sito in esame.

2. Selezione di uno o più terremoti di riferimento (coppie magnitudo-distanza) in base a:

3. Calcolo degli spettri di risposta su suolo rigido relativi ai terremoti di riferimento in base a

una relazione di attenuazione.

4. Confronto e scelta degli spettri ricavati dall’approccio probabilistico e deterministico

(punti 1 e 3).

5. Selezione in banca dati (ITACA, ESM) di accelerogrammi registrati su suolo rigido e

corrispondenti alle coppie magnitudo-distanza individuate al punto 2.

6. Utilizzo di accelerogrammi simulati (SIMNOST, SEISMOARTIF) quando non si trovano

(alte M, piccole distanze, suolo rigido) accelerogrammi registrati.

7. Scalatura (IN-SPECTOR, REXEL) degli accelerogrammi per renderli spettro-compatibili

con gli spettri UHS e tener conto della sigma inclusa nella PSHA

8. Selezione della spettro compatibilità (IN-SPECTOR) nell’intervallo di periodi

corrispondente al periodo proprio dell’edificio o del terreno in esame

• disaggregazione del PSHA

• individuazione dei principali terremoti storici e strumentali

• analisi delle faglie attive e delle zone sismogenetiche circostanti il sito in esame.

Metodologia per la scelta di spettri e accelerogrammi di input

4

http://esm.mi.ingv.it

European Strong Motion database (ESM)

20788 three comp accelererograms

5

Esempi applicativi: area archeologica Roma-Palatino

1) Approccio probabilistico

(spettri UHS e di normativa)

Sabetta F. (2013). Seismic

hazard and design earthquakes

for the central archaeological

area of Rome. Bulletin of

Earthquake Engineering. DOI:

10.1007/s10518-013-9427-6 0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

T (s)

SA

(g

)1 Hazard map INGV 475 years rock

2 PSHA 475 years ZS9 SP96 rock

3 renewal BPT 6% exc. in next 30 years

4 NTC08 Roma 475 years Vs30>=800 m/s

5 NTC08 Roma 475 years Vs30=360-800 m/s

6 NTC08 Roma 100 years Vs30=360-800 m/s

6


2) Approccio deterministico

(Selezione del terremoto di

riferimento )

Rome has practically no local seismicity apart

two earthquakes of intensity VI-VII in years

1091 and 1812

The seismicity is mainly affected by two ZS9

zones: 922 (Colli Albani) and n.923 (Abruzzo

Appenines).

The same outcome can be inferred by the faults

reported in DISS 3.1.1: “Velletri” (ITIS059) and

“Fucino basin” (ITIS002),

4.7

5.0

5.2

5.5

5.8

6.0

6.3

6.5

6.8

7.0

7.3

10

30

50

70

90

11

0

0%

1%

2%

3%

4%

5%

6%

7%

8%

9%

MagnitudeDistance (km)

PSA 1 Hz ZS9 SP96 Tr=475 years

Disaggregazione PSHA per Roma

Colli Albani

Fucino

7


3) Approccio deterministico

(Spettri di Risposta )

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

T (s)

SA

(g

)

1 Fucino SP96 M=7 R=85km rock +0.5 sigma

2 Colli Albani SP96 M=5.5 R=20 km rock +1 sigma

3 Irpinia-Torre NS M=6.9 R=78 km rock

4 Umbria-Assisi EW M=5.1 R=17 km rock

5 Roma 1812 ML=4.5 Mw=4.93 R=5 km

No specific indication is given in the literature about the fraction of sigma to be used in the

deterministic assessment. In order to get spectra comparable with the probabilistic ones, 1

sigma for the Colli Albani scenario and 0.5 sigma for the Fucino have been selected.

An investigation of the ITACA and PEER database yielded three recordings similar to the

M=7, R=85 km scenario (one from Italy and two from California) and three for the M=5.5,

R=20 km scenario (two from Italy and one from California). Considering the preference for

Italian recordings and the requirement of a rock site (class A in NTC08), the accelerograms

recorded at Torre del Greco during the Irpinia earthquake of 1980 and at Assisi during the

Umbria-Marche earthquake of 1997 have been selected.

8

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

T (s)

SA

(g

)

1. PSHA mappa hazard MPS04 475 anni

2. DSHA Fucino M=7 R=85km +0.5 sigma SP96

3. DSHA Colli Albani M=5.5 R=20 km +1 sigma SP96

4. Registr. Irpinia-Torre M=6.9 R=78 km

5. Registr Umbria-Assisi M=5.1 R=17 km


4) Selezione degli spettri ricavati dall’approccio probabilistico e

deterministico

9


a) compatibile con lo spettro UHS della mappa di hazard (simulato col software SIMNOST)

b) simulato con SIMNOST-SP96 (M=5.5, R=20 km, suolo rigido) scalato con un fattore pari a

una deviazione standard

c) accelerogramma registrato a Torre del Greco (M=6.9, R=78 km, suolo rigido);

d) accelerogramma registrato ad Assisi (M=5.15, R=17 km, suolo rigido)

5-6-7)

Simulazione e

selezione di

accelerog.

10

SIMNOST

Software for the simulation

of non-stationary

accelerograms

Sabetta F. and Pugliese A. (1996).

Estimation of response spectra and

simulation of nonstationary

earthquake ground motions, Bulletin

of Seismological Society of America,

Vol.86, N° 2, pp. 337-352.

11

IN-SPECTOR (Acunzo et al., 2014)

Software for accelerograms scaling 33° GNGTS, Bologna, 2014

12

Risultati di analisi

numeriche 2D

eseguite su una

sezione del colle

Palatino


La variazione in

termini di PGA è

piuttosto marcata

mentre le differenze in

termini di fattore FH,

(intensità di Housner

per periodi 0.1-0.5s e

0.5-1.0s), sono al

massimo del 30-40%.

La similitudine tra i profili di amplificazione relativi ai vari input può essere giustificata dal

modesto grado di non linearità sperimentato dai terreni dell’area in esame

13

Esempi applicativi: area interessata dal terremoto di L’Aquila

Il modello selezionato per il PSHA è LADE1 (LAyered

Design Earthquake): sorgenti individuali (box) e

dipendenza temporale (BPT) condizionata dal tempo

trascorso dall’ultimo evento, azzerando la sorgente di

Paganica per l’accadimento dell’evento del 6 Aprile.

I valori di PGA ottenuti ai 4 siti sono sensibilmente

maggiori di quelli che si ricavano da MPS04 e più

prossimi a quelli registrati per il terremoto dell’Aquila:

variano fra 0.3 e 0.5 g per un periodo di ritorno di 475

anni

Pace, Sabetta et al. (2011). Predicted ground

motion after the L’Aquila 2009 earthquake (Italy,

Mw 6.3): input spectra for seismic microzoning.

Bulletin of Earthquake Engineering, Vol. 9 n. 1

14

1. Spettro mappa pericolosità MPS04 (praticamente uguale per i 4 siti considerati).

2. Spettro deterministico, ottenuto dalla relazione di attenuazione SP96, per una coppia

di M-D (Mw=6.7, Repi=10km) ricavata dalle analisi di disaggregazione.

3. Spettro UHS ottenuto con il modello LADE1 e l’attenuazione SP96, per il sito di

Goriano Sicoli (non si rilevano differenze significative negli altri 3 siti).


4) Selezione degli spettri ricavati dall’approccio probabilistico e deterministico

Lo spettro ricavato da

LADE1 è notevolmente

superiore a quello della

MPS04. Questo è

dovuto principalmente

all’uso di sorgenti più

dettagliate e di minori

dimensioni rispetto

all’unica sorgente (923)

della zonazione ZS9 e

all’utilizzo di modelli

dipendenti dal tempo 0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

T (s)

SA

(g

)

1) Probabilistic MPS04 hazard map 475 years

2) Probabilistic: LADE1 SP96 (Goriano Sicoli)

3) Deterministic: SP96 Mw=6.7 Repi=10 km

SP96 + 0.5 sigma

station AQg Mw=6.3 Repi=4.4 km cmp EW soil=A

15

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50

T (s)

Sa (

g)

determ1

determ2

determ3

prob. LADE

comp. NTC 2008

NTC SLV

NTC SLC

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0 5 10 15 20

t (s)

a (

g)

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0 5 10 15 20

t (s)

a (

g)

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0 5 10 15 20

t (s)

a (

g)

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0 5 10 15 20

t (s)

a (

g)

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0 5 10 15 20

t (s)

a (

g)

Approccio deterministico 3 accelerogrammi (0.35-0.40g)

Approccio

probabilistico

0.32 g

Compatibile

con NTC

0.26 g


5-6) Simulazione accelerogrammi

16

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600

distanza (m)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

FA

(H

)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

Sezione 3 (Poggio Picenze)

Ml 28PPCZ05 POG4

PPCZ04VGFZ03

NTC prob det1 det2 det3

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5F

A (

A)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

NTC prob det1 det2 det3

5.0

1.0

)(

)(supdTSI

bedrockI

erficieIF VH

H

HH

Risultati di analisi numeriche 2D eseguite su una sezione del sito di Poggio Picenze (Aq)


17

CONCLUSIONI

• L’approccio proposto per la selezione dell’input simico combina i vantaggi del

metodo probabilistico (valutazione della probabilità di eccedenza e inclusione

delle incertezze) e di quello deterministico (definizione di un terremoto di

riferimento).

• La selezione del terremoto di riferimento avviene sulla base di diversi tipi di

informazioni: 1) individuazione dei principali terremoti storici e strumentali;

2) studio delle faglie attive e delle zone sismogenetiche circostanti il sito in

esame; 3) disaggregazione del PSHA.

• L’input è rappresentabile sia sotto forma di spettri di risposta elastici che di

accelerogrammi.

• L’utilizzo di un apposito software (In-Spector) permette di scalare gli

accelerogrammi, in un dato intervallo di periodi spettrali, per renderli

compatibili con lo spettro probabilistico e tener conto della deviazione standard

dell’attenuazione

• La metodologia proposta è naturalmente applicabile ad altri campi oltre a

quello della microzonazione simica dove le differenze dei diversi input in

termini di amplificazione sono piuttosto modeste a meno di casi di elevata

non linearità nella risposta dei terreni.

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