LUGL IO ANDIAMO È TEMPO D I CAMBIARE AZIONI …

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

[email protected]

Ferdinando Totani

Ph.D. in Ingegneria Geotecnica

[email protected]


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


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


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.


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


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


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


del modello geotecnico

attraverso indagini geotecniche convenzionali e/o

se ne assume la piena


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




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




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


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


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.




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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