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PAOLO CLEMENTE – CONSIDERAZIONI SULL’INPUT SISMICO PER LA PROGETTAZIONE STRUTTURALE
DIPARTIMENTO DI SCIENZE DELLA TERRA 21 maggio 2013
Paolo Clemente, PhD Resp. Prevenzione Rischi Naturali e Mitigazione Effetti
CONSIDERAZIONI SULL’INPUT SISMICO PER LA
PROGETTAZIONE STRUTTURALE
DIPARTIMENTO DI SCIENZE DELLA TERRA 21 maggio 2013
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PAOLO CLEMENTE – CONSIDERAZIONI SULL’INPUT SISMICO PER LA PROGETTAZIONE STRUTTURALE
DIPARTIMENTO DI SCIENZE DELLA TERRA 21 maggio 2013
Oggi un evento sismico può:
- mettere in crisi l’assetto socio-economico anche di grandi aree
- causare disastri ambientali
Terremoto di Kobe (1995): (ove è situato uno dei porti più importanti del
mondo), primo caso storico di evento ad avere interessato una
concentrazione urbana industrializzata, producendo gravissimi danni al
sistema edilizio, viario e produttivo
Terremoto di Izmit (Turchia, 1999): causò l’incendio del più grande impianto
petrolchimico turco, creando difficoltà all’approvvigionamento di
combustibile per il trasporto e inquinamento ambientale
TERREMOTI E LORO EFFETTI
In Italia scenari simili potrebbero verificarsi se si ripetessero i terremoti del:
• 1117: Area padana oggi a industrializzazione diffusa (2012)
• 1693: Sicilia sudorientale oggi sede di stabilimenti petrolchimici
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DIPARTIMENTO DI SCIENZE DELLA TERRA 21 maggio 2013
L’onda (alta circa 14 m) investe la centrale nucleare di
Fukushima Daiichi, scavalcando le barriere di protezione
(alte circa 6 m) ed invade i locali della centrale
TERREMOTO DI TOHOKU, 2011
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DIPARTIMENTO DI SCIENZE DELLA TERRA 21 maggio 2013
MAPPE PERICOLOSITÀ GIAPPONE
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DIPARTIMENTO DI SCIENZE DELLA TERRA 21 maggio 2013
INSEGNAMENTI DEL PASSATO
Muri di protezione a
Miyaho (distrutto)
Fudai (intatto)
Effetti dello tsunami 100
m a valle dello s. m.
Stone monument Stone monument visto
dal villaggio
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RISCHIO SISMICO
H = pericolosità sismica
misura dell’entità del fenomeno atteso nel sito stesso
in un determinato periodo di tempo;
• è una caratteristica del territorio,
• è indipendente dalla presenza di beni su di esso
V = vulnerabilità sismica
suscettibilità a subire un danno di un certo grado, in
presenza di un evento sismico di assegnato livello;
• è una caratteristica del bene,
• è indipendente dalla pericolosità del sito in cui si trova
W = esposizione
Legata all’uso del territorio, ossia alla distribuzione e alla densità abitativa, alla
presenza di infrastrutture, alle destinazioni d’uso dei beni, al valore della
costruzione e del contenuto (e delle vite umane)
Potenziale danno economico, sociale ed ambientale derivante da eventi sismici
R = H · V · W
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Non è possibile intervenire sulla
pericolosità sismica:
• modificare l’intensità dei terremoti
• modificare la frequenza dei terremoti
• prevederne l’accadimento
La conoscenza della pericolosità
consente di calibrare gli interventi
RIDUZIONE DEL RISCHIO SISMICO
È possibile intervenire sulla vulnerabilità
sismica e sull’esposizione:
• ridurre il danno atteso a costruzioni e impianti
migliorandone le caratteristiche strutturali e non;
• progettare l’uso del territorio (distribuzione e
densità abitativa, infrastrutture, destinazioni d’uso)
• aumentare i livelli di protezione (aumentare la
consapevolezza nei confronti del rischio sismico e
migliorare i comportamenti in caso di terremoto)
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MISURA INTENSITÀ TERREMOTI Intensità Macrosismica (scala Mercalli (1909), Scala MCS (1930, 12 classi))
Misura effetti su persone, oggetti, costruzioni e ambiente
• misura empirica e qualitativa, non strumentale
• rappresentativa di un’area, non dato puntuale
• varia con la distanza dall’epicentro
Utilità: descrizione del danno (isosisme), sismicità storica
Magnitudo Locale (Richter, 1935) = rapporto tra lo spostamento D1 dovuto a un
sisma e quello D0 del terremoto campione (ML=logD1logD0)
Misura oggettiva e unica dell’entità di un terremoto
M dell’energia E rilasciata dalla sorgente (logE=11.8+1.5·M)
• E cresce di circa 32 volte per ΔM=1
• M
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Mappe basate sull’approccio probabilistico (sulla base della storia sismica)
Ciascuna mappa è relativa ad una probabilità di accadimento in 50 anni
N.B.: tempi di osservazione non sufficienti
PVR = 10% in 50 anni
TR = 475 anni
PVR = 63% in 50 anni
TR = 50 anni
PVR = 2% in 50 anni
TR = 2475 anni
PERICOLOSITÀ SISMICA DI RIFERIMENTO
Strutture ordinarie: PVR = 10% in VR ≥ 50 anni (TR ≥ 475 anni)
Strutture strategiche: PVR = 10% in VR ≥ 100 anni (TR ≥ 950 anni)
PGA su suolo rigido
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0.0
0.1
0.2
0.3
0.01 0.10 1.00
PG
A (
g)
PR
MIRANDOLASuolo rigido
Terremoto 2012
IL “PICCO DELLA MIRANDOLA”
32 36 40 44
t (s)
-300
-200
-100
0
100
200
300
acc
(c
m/s
/s)
32 36 40 44
t (s)
-300
-200
-100
0
100
200
300
ac
c (
cm
/s/s
)
32 36 40 44
t (s)
-300
-200
-100
0
100
200
300
ac
c (
cm
/s/s
)
2012141020324.84.MRN
MIRANDOLA
NS
UP
WE
NB:
PVR = 5% (TR > 1000 anni) non vuol dire mai !!
Sismicità storica: non significativa in R=30-40 km dall’epicentro
• 17/11/1570, Ferrara (30 km a E), M = 5.5, I0 = VIII
• 11/07/1987, Prov. Bologna e Ferrara (20 km a S) M = 5.4
• 17/07/2011, Prov. Reggio Emilia (20 km a NE), M = 4.7
Terremoti con M ≤ 6 a Sud, sull’Appennino settentrionale
0.26g in superficie 0.20g al bedrock
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EDIFICI INDUSTRIALI ESISTENTI Danni sisma Emilia 2012
• non per errori nelle mappe di pericolosità ma
per tardiva inserimento tra le zone sismiche
• gran parte delle strutture esistenti sono state
progettate senza tener conto delle azioni
sismiche
Edifici industriali: strutture labili per azioni
orizzontali o nodi tra i pilastri e le travi non in
grado di trasmettere nemmeno minime azioni
sismiche
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CLASSIFICAZIONE SISMICA Regio Decreto 18 aprile 1909 n.193: elenco comuni + norme tecniche
Regio Decreto n. 431 del 1927: introduce due categorie sismiche a differente
pericolosità (la I° e la II°) e diverse forze sismiche in ciascuna di esse
1962 (Legge 1684): norme sismiche applicate ai Comuni
“soggetti ad intensi movimenti sismici” e non più solo a
quelli colpiti dal terremoto (almeno nelle intenzioni)
2008: Valori di pericolosità per i punti di una maglia di
lato 5.5 km, prescindendo dai confini amministrativi
2003: 70% del territorio nazionale classificato sismico
(zone 1, 2 e 3) + zona 4 (a sismicità molto bassa)
< 1980 (anno terremoto Irpinia): 25% del territorio
nazionale classificato sismico;
1981: 43% del territorio nazionale classificato sismico
(introduzione zona 3)
• Aggiornamenti solo a seguito di eventi sismici e
Classificazione a scala comunale
2003
1984
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PAOLO CLEMENTE – CONSIDERAZIONI SULL’INPUT SISMICO PER LA PROGETTAZIONE STRUTTURALE
DIPARTIMENTO DI SCIENZE DELLA TERRA 21 maggio 2013
Riferirsi ad una probabilità di accadimento bassa (TR molto elevato)
• in aree ad elevata densità di popolazione
• per strutture di attività produttive di interesse nazionale (come già previsto per
quelle di particolare rilevanza o strategiche)
INSEGNAMENTI DAL SISMA DELL’EMILIA
Osservazioni:
• TR=2475 anni rappresenta il massimo attualmente previsto dalle norme
tecniche, compatibile con le nostre conoscenza sulla storia sismica: eventi
meno frequenti (TR>2475 anni), potrebbero essere a noi sconosciuti
• Faglie visibili o comunque note, ma di cui non si hanno notizie in relazione ad
attività sismica, potrebbero essere in grado di generare terremoti nel futuro
• Terremoto di Chūetsu (prefettura di Niigata, Giappone) del 16/07/2007 (M=6.6)
fu generato da una faglia fino ad allora sconosciuta (a Chūetsu è la centrale
nucleare di Kashiwazaki-Kariwa, la prima al mondo con un reattore di terza
generazione e la prima a subire un terremoto violento)
TR = 500 anni Tempo di oss. ≥ 5000 anni
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Mediamente PGA > DGA.
PGA < DGA soltanto per valori molto elevati del livello di scuotimento.
APPROCCIO DETERMINISTICO
DGA
Massimo Evento Credibile
(Panza et al.)
PGA (TR = 2475 anni)
Confronto tra DGA e
PGA per TR elevato
(Panza et al.)
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PGA o DGA utilizzabili nella progettazione delle nuove costruzioni
STRUTTURE ESISTENTI
Strutture esistenti
• Difficile renderle conformi alle nuove norme (adeguamento sismico) per motivi
tecnologici e/o economici (progettate con norme meno severe di quelle attuali o
senza tener conto dell'azione sismica o in area classificata sismica soltanto di
recente)
• Si accetta il miglioramento, ossia un livello di protezione inferiore rispetto a
quello richiesto per le nuove costruzioni
• E’ arduo valutare la capacità di sopportare azioni sismiche a seguito di
interventi di miglioramento
Differenza tra PGA e DGA di fatto attutita in valore assoluto
Nella pratica si accettano valori ridotti dell'azione sismica anche fino al 60%
di quella assunta per il progetto delle nuove costruzioni
Strutture di interesse storico: si procede al contrario
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PAOLO CLEMENTE – CONSIDERAZIONI SULL’INPUT SISMICO PER LA PROGETTAZIONE STRUTTURALE
DIPARTIMENTO DI SCIENZE DELLA TERRA 21 maggio 2013
PGA da solo non è significativa degli effetti sulle strutture
RAPPRESENTAZIONE AZIONE SISMICA
Banca dati accelerometrica mondiale, con numerose
registrazioni di terremoti reali su siti di vario tipo, disponibile e
utilizzabile nella progettazione strutturale
Accelerogrammi (rappresentazione diretta)
rappresentativi dello scuotimento possibile al sito, da
assumere come input al piede delle strutture
Spettri di risposta al sito
(rappresentazione indiretta)
diagrammi dei massimi
effetti sulla struttura in
funzione delle sue
caratteristiche dinamiche
(periodo, smorzamento)
-0.5
0
0.5
0 10 20 30 40acc (g
)
t (s)
Tolmezzo W-E
-0.5
0
0.5
0 10 20 30 40acc (g
)
t (s)
Tolmezzo UP
-0.5
0
0.5
0 10 20 30 40acc (g
)
t (s)
Tolmezzo N-S
m
c
xtot(t)
x(t)
xg(t)
k/2 k/2
T=2π k m
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PAOLO CLEMENTE – CONSIDERAZIONI SULL’INPUT SISMICO PER LA PROGETTAZIONE STRUTTURALE
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TERREMOTO DI PROGETTO Vita nominale
Vita di riferimento
Fattore di uso (costr. ordinarie – affollate – strategiche)
R N UV =V C
R R VRT =-V ln 1-PTempo di ritorno
SL SLO SLD SLV SLC
PVR (%) 81 63 10 5
TR=VR* 0.6 1.0 9.5 19.5
NV ≥ 50 anni
UC =1.0 - 1.5 - 2.0
VN (anni) 50 50 (100) 100
CU 1.0 2.0 (1.0) 2.0
VR (anni) 50 100 200
TR,SLO 30 60 120
TR,SLD 50 101 201
TR,SLV 475 950 1900
TR,SLC 975 1950 3900 R,maxT =2475 years
R,maxV =128 years
N,maxV =64 years
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SPETTRO DI RISPOSTA ELASTICO AL BEDROCK
• smorzamento convenzionale =5%
• sito di riferimento rigido orizzontale (tipo A)
• per ciascun tempo di ritorno TR
ag ,F0 e T*C per i punti di una maglia di lato 5.5 km, per diversi valori di TR
ag = massima
accelerazione
orizzontale al sito
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0 1 2 3 4T (s)
Se (
g)
Semax = ag*F0
F0 = massimo fattore di amplificazione
T*C = periodo di inizio del
tratto a velocità costante
Punti interni: parametri da media pesata con le distanze tra i 4 vertici
T=2π k m
m
c
xtot(t)
x(t)
xg(t)
k/2 k/2
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PARAMETRI DI PERICOLOSITÀ
19
TR (anni) 30 50 72 101 140 201 475 975 2475
ag/g 0.079 0.104 0.122 0.143 0.164 0.191 0.261 0.334 0.452
F0 2.40 2.33 2.32 2.30 2.30 2.32 2.36 2.40 2.40
T*C (s) 0.27 0.28 0.29 0.30 0.31 0.32 0.35 0.36 0.37
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0 500 1000 1500 2000 2500TR
T*c
ag/g
Fo/10
L'Aquila
DPC - INGV (Progetto S1)
Parametri su suolo
rigido (tipo A) in un
punto della maglia
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SOTTOSUOLO E TOPOGRAFIA VS,30 NSPT,30 cu,30 Ss Tc
A > 800 - 1.0 TC*
B 360800 > 50 > 0.25 1.0 1.40.4·F0·ag/g 1.2 1.10·(TC*)0.80
C 180360 1550 0.070.25 1.0 1.70.6·F0·ag/g 1.5 1.05·(TC*)0.67
D < 180 < 15 < 0.07 0.9 2.41.5·F0·ag/g 1.8 1.25·(TC*)0.50
E = B o C = B o C = B o C 1.0 2.01.1·F0·ag/g 1.6 1.15·(TC*)0.60
S1 < 100 - 0.010.02 S2 - - -
Cat Caratteristiche Ubicazione ST T1 Sup. pianeggiante, pendii e rilievi isolati con i ≤ 15° - 1.0
T2 Pendii con i > 15° sommità del pendio 1.2
T3 Rilievi con largh. in cresta
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Profondità di 30 m riferita a:
Fondazioni superficiali piano di imposta
Fondazioni su pali: testa dei pali
Opere di sostegno di terreni naturali: testa dell’opera
Muri di sostegno di terrapieni: piano imposta fondazione
VELOCITÀ ONDE DI TAGLIO
30
1,
30
S
i i
i N
Vh V
VS,30 = velocità equivalente di propagazione delle onde di taglio entro i primi
30 m di profondità.
Se VS,30 non è disponibile, la classificazione può essere fatta in base a:
NSPT,30 = numero equivalente di colpi della prova penetrometrica dinamica
(Standard Penetration Test) nei terreni a grana grossa,
cu,30 = resistenza non drenata equivalente nei terreni a grana fina.
Per sottosuoli S1 ed S2 è necessario predisporre specifiche analisi per la
definizione delle azioni sismiche, particolarmente nei casi in cui la presenza di
terreni suscettibili di liquefazione e/o di argille d’elevata sensitività possa
comportare fenomeni di collasso del terreno.
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0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
0 1 2 3 4
SD
e(m
)
Se
(g)
T (s)
TB TC TD
SPETTRO DI RISPOSTA ELASTICO IN SUPERFICIE
00
11
e g
B B
T TS T a S F
T F T
0 e gS T a S F
0
Ce g
TS T a S F
T
0 2
C De g
T TS T a S F
T
inizio tratto a vel. cost.
inizio tratto a
acc. cost.
inizio tratto a spost. cost.
3B C
T T *
C C CT C T 1.6 4D gT a g
S T
S S S categoria sottosuolo e condizioni topografiche
10 5 0.55 smorzamento delle strutture
ag·S =
massima
accelerazione
orizzontale in
superficie
2
2De e
TS T S
1 per 5
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Se: INFLUENZA DELLE COND. STRATIGRAFICHE
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 1 2 3 4
Se
(g)
T (s)
E
D
C
B
A
L'AquilaTR=475a
=5%
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Se: INFLUENZA DELLO SMORZAMENTO
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
0 1 2 3 4
Se
(g)
T (s)
5%
10%
15%
20%
25%
L'AquilaTR=475aSuolo B
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SPETTRI ELASTICI PER DIVERSI TR
25
0.0
0.2
0.4
0.6
0.0
0.4
0.8
1.2
0 1 2 3 4
SD
e(m
)
Se
(g)
T (s)
2475
975
475
201
140
101
72
50
30
L'AquilaSuolo B
=5%
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0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0 1 2 3 4
Sve
(g)
T (s)TB
TC TD
SPETTRO DI RISPOSTA ELASTICO Sve
Suolo SS TB TC TD
A, B, C, D, E 1.0 0.05 0.15 1.00
0
11ve g v
B B
T TS T a S F
T F T
ve g vS T a S F
Cve g vT
S T a S FT
2
C Dve g v
T TS T a S F
T
01.35 g
V
aF F
g
-
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SPETTRO DI RISPOSTA ELASTICO IN SPOST. SDe
2
2
E
De e
T T
TS S
0 00.025 1
E F
EDe g C D
F E
T T T
T TS a S T T F F
T T
Suolo TE TF
A 4.5 10.0
B 5.0 10.0
C, D, E 6.0 10.0
0.025
spostamento del terreno
De g g C DS d a S T T
g C gv =0.16 S T a
Velocità del terreno
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0 12
SD
e(m
)
T (s)
TD TE TF
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VITA NOMINALE VN E FATTORE D’USO CU
Vita di riferimento (costr. ordinarie - rilevanti - strategiche)
R N UV =V C R
R
VR
VT =
-ln 1-P
Tempo di ritorno
Edif. VN CU VR
A 50 2.0
(classe IV) 100
VN = numero di anni in cui la struttura deve potere essere usata per lo
scopo al quale è destinata (con manutenzione ordinaria)
CU = funzione dell’importanza dell’opera
NV 50 anni
UC = 1.0 - 1.5 - 2.0
50 anni in IV + 50 anni in II
Non giochiamo con questi numeri, ossia con la sicurezza !!
VN deve essere legato alla funzionalità e non alla sicurezza
La sicurezza non può essere legata alla durata della vita dell’opera
B 100 1.0
(classe II) 100
50 anni in IV + 50 anni in II
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VN , CU , TR : PROPOSTA Opere ordinarie:
Vita nominale: VN = 50 anni
La sicurezza dipende solo da CU = 1 ÷ CU,max (= 2)
Tempo di ritorno:
• TR= 475 anni: SLV edifici ordinari, si accetta un certo livello di danno
• TR= 2475 anni: SLC strutture strategiche, indipendentemente da VN
Il secondo potrebbe essere sostituito dal massimo terremoto credibile
Tra i due: TR= 950 – 1250 anni
Opere particolari (grandi opere, che richiedono grossi investimenti e
tempi di esecuzione lunghi): VN > 50 anni
ma coerentemente: CU = CU,max = 2
e, quindi, in pratica: VN è limitata da TR,max = 2475 anni
Grandi opere: studi ad hoc
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2.0
2.5
3.0
0 0.1 0.2 0.3
F0
ag (g)
TR = 475
0.0
0.1
0.2
0 1 2 3 4
Se
(g)
T (s)
Se - fond.
Se - bedrock
agS·F0
agS
ag
Se(T)
ZONE A SISMICITÀ MOLTO BASSA
30
Zona 4 (OPCM 3274/2003): ag ≤ 0.05 g = acc. di picco al bedrock per TR=475 anni
(dipende solo da pericolosità di base)
Nuova proposta: ag·S ≤ 0.075 g = acc. di picco al piano di posa delle fondazioni
(dipende anche da amplif. locale e quota fond.)
Definizione più evoluta fa riferimento non al sito in sé ma al valore Se(T):
Strutture poco sensibili al terremoto al sito: Se(T) ≤ 0.20 g
Posto ag·S ≤ 0.075 g:
F0 = 2.50 2.92
(val. medio) (val. max)
ag·S·F0 ≤ 0.175 g 0.20 g
Effetti sulle strutture: ag·S·F0 = Se, max = acc. max struttura, a meno di f(T,).
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DIPARTIMENTO DI SCIENZE DELLA TERRA 21 maggio 2013
0.0
0.4
0.8
1.2
0 1 2 3 4
Se
(g)
T (s)
Se-High
Sd-High
Se-Low
Sd-Low
FATTORE DI STRUTTURA
31
Sd (HSA) > Se (LSA)
(zone a bassa sismicità):
quindi in LSA si può progettare senza
affidarsi alla duttilità
Non è possibile (per motivi economici e architettonici) progettare in campo
elastico in zone ad elevata sismicità (HSA) → q
Fissato Sd,max (=0.4g)
(valore massimo accettabile, sulla base di
considerazioni economiche e di funzionalità)
se Se>Sd,max si assume: Sd=Sd,max
con q = Se/Sd,max minimo necessario 0.0
0.4
0.8
1.2
0 1 2 3 4
Se
(g)
T (s)
Se-High
Se-Medium
Se-Low
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VALORI DI (ag·F0) SUL TERRITORIO
32
0.00
0.05
0.10
0.15
0.200
.15
0.2
5
0.3
5
0.4
5
0.5
5
0.6
5
0.7
5
0.8
5
0.9
5
1.0
5
1.1
5
1.2
5
1.3
5
1.4
5
Np/N
agS F0
Tr=475
Tr=2475
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
0.00 0.50 1.00 1.50
Np/N
agS F0
Tr=475
Tr=2475
Frequenza di agS·F0
(uniforme distribuzione dei tipi di suolo)
Distribuzione di agS·F0
(uniforme distribuzione dei tipi di suolo)
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Danni all’edificio scolastico (S) dovuti al sisma
di Cassino del 20/02/2008
R
S
B
Ai 3 siti si hanno differenti risposte allo stesso evento sismico
RISPOSTA SISMICA LOCALE Array velocimetrico a Belmonte Castello (FR): Receiver Functions di
registrazioni di aftershocks del sisma dell’Aquila, 2009
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Analisi HVSR
MICROZONAZIONE SISMICA Definizione MOPS: microzone omogenee in
prospettiva sismica (amplificative e non)
Livello I
•Scelta siti per nuove strutture
•Definizione priorità di intervento su strutture
esistenti
Livello I
•Zone instabili
•Zone stabili (pianeggianti, VS30 > 800 m/s)
•Zone stabili ma suscettibili di amplificazione
Livello II: coefficienti di amplificazione
attraverso abachi (situazioni semplici 1D)
Livello III: coefficienti di amplificazione
attraverso misure in sito e modellazione Livello III
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PREVISIONE DEI TERREMOTI
4 febbraio 1975: la città di Haicheng (provincia di Liaoning, in Manciuria, Cina)
viene evacuata un giorno prima di un evento di M=7.3.
Senza l’allarme l’evento avrebbe potuto causare oltre 3 milioni di vittime. Danni
ingenti furono registrati anche a ponti, dighe e reti di irrigazione
Altri terremoti sono stati previsti in Cina, ma non sempre con successo, sulla
base di un programma di studi avviato nel 1966.
La previsione si basava sull’osservazione di
fenomeni quali (precursori sismici) :
• innalzamento della superficie del suolo
• aumento del numero di terremoti di bassa
intensità (20 scosse/ora che aveva indotto molte
famiglie ad abbandonare le proprie abitazioni)
• comportamento anomalo degli animali
Previsione a breve termine = conoscere, con qualche giorno o settimana di
anticipo, data, area epicentrale e magnitudo di un futuro sisma
Non siamo in grado di fare ciò !!
N.B.: Non è possibile nemmeno escludere l’accadimento di un terremoto !!
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PRECURSORI Precursori sismici: spesso si verificano prima di un evento importante
Tra questi: Aumento del numero di terremoti di bassa magnitudo
Valutazione dello stato di salute di un edificio:
• accurate analisi sperimentali sui materiali
e sulla struttura
• modello matematico
Operazioni che possono essere costose e
richiedere tempi non brevi
In caso di esito negativo l'edificio va evacuato
N.B.: dopo decine o centinaia di scosse gli edifici potrebbero aver subito danni e
non avere più la capacità di sopportare azioni sismiche che avevano prima
Che cosa si fa in questi casi?
Un semplice esame visivo non basta!
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ESPERIMENTI DI PREVISIONE Parkfield (California): anni ’80, settore della famosa faglia di San Andreas
• Obiettivi: fornire informazioni sulla genesi dei terremoti e studiare i precursori
• Metodologia: analisi dei dati forniti dalle reti di monitoraggio (deformazione in
prossimità della faglia, movimento lungo la faglia ed ai terremoti associati,
possibili fenomeni precursori)
• Risultati: maggiore conoscenza del fenomeno sismico, non corretta previsione
a lungo termine, non chiara individuazione di fenomeni precursori
Univ. Trieste, Acc. Scienze Russa
• Metodologia: analisi anomalie sequenze terremoti di bassa magnitudo
(frequenza, intensità e localizzazione)
• Risultati: previsioni a medio termine con area interessata e intervallo di tempo
al momento entrambi relativamente estesi
Progetto “S3 - Previsione a breve termine e preparazione dei terremoti” (DPC, INGV):
• Obiettivi: identificare e valutare procedure per la previsione a breve termine in
due aree campioni: la Pianura Padana e l’Appennino meridionale
• Metodologia: analisi retrospettiva di molteplici parametri considerati informativi
sulla genesi dei terremoti
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PROGETTAZIONE ANTISISMICA
Tale principio non soddisfa più!
• Economia
• Sicurezza (strutture strategiche, impianti a rischio
di incedente rilevante)
Tecnologie innovative: Isolamento sismico e Dissipazione energetica
si basano sulla drastica riduzione delle forze sismiche agenti sulla struttura,
piuttosto che affidarsi alla sua resistenza
Scopo: assicurare che in caso di evento sismico
- sia protetta la vita umana
- siano limitati i danni
- rimangano funzionanti le strutture essenziali (Protez.Civile)
Sisma di media intensità:
devono essere in grado di sopportarlo senza danni evidenti
Terremoto violento:
non devono crollare, pur danneggiandosi anche irreparabilmente
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INTRODUZIONE ALL’ISOLAMENTO SISMICO
Disaccoppiamento tra moto della struttura e del terreno
bfT 0÷1 s isT 2 s
Riduzione azioni
sismiche orizzontali:
Se,is/Se,bf0.20 m
Problemi a impianti,
rifiniture
Se (accelerazioni) SDe (spostamenti)
T Tbf Tis
Isolamento sismico: spostamenti concentrati in fondazione
Periodo di vibrazione: tempo impiegato per un’oscillazione completa
Edifici molto sensibili al sisma Edifici poco sensibili al sisma
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COMPORTAMENTO EDIFICI ISOLATI
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TEMPIO DI DIANA A EFESO
“Grecae magnificentiae vera admiratio extat templum Ephesiae Dianae CXX annis factum a tota Asia. In solo id
palustri fecere, ne terrae motus sentiret aut hiatus
timeret, rursus ne in lubrico atque instabili fondamenta
tantae molis locarentur, calcatis ea substravere carbonibus, dein velleribus lanae”
Gaio Plinio Secondo, Naturalis Historia, Libro XXXVI, §95
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42
DISPOSITIVI DI ISOLAMENTO SISMICO
Isolatori
elastomerici
armati
Isolatori a scorrimento
Isolatori a scorrimento con
superficie curva
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43
ISOLATORI ELASTOMERICI ARMATI
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1988: Inizio costruzione – 297 HDRB
1990: Prove di rilascio – d =110 mm
1992: Completamento
CENTRO TELECOM, ANCONA
Prima applicazione degli HDRB in Italia
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Tokyo (2000)
H=87.4 m,
: 30 LDRB + 99 EPD,
T = 4 s; trazione
Applause Building
a Osaka,
sistema di controllo
ibrido
EDIFICI ISOLATI IN GIAPPONE > 5·000 edifici isolati,
di cui oltre 120 alti
Artificial ground a Tokyo
S = 12350 m2
21 edifici residenziali
6-14 piani, con parcheggio
interrato
242 isolatori
(LDR, BB, RB/SD);
T = 6,7 s, d = 80 cm
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SCUOLA “ANGELI DI SAN GIULIANO”
61 HDRB + 12 SD
Isolamento sismico:
P. Clemente (coord.), M. Dolce, A. Parducci, G. Buffarini
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C8R (2007)
HDRB+SD
C20R (2010)
HDRB+SD
EDIFICI RESIDENZIALI A SAN GIULIANO DI P.
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LICEO ROMITA DI CAMPOBASSO
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CENTRO PROTEZIONE CIVILE, FOLIGNO
Strutture: A. Parducci
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Piattaforme su isolatori a pendolo scorrevole (CSS)
Edificio prefabbricato, in c.a., legno o acciaio (giugno 2009)
Progetto: DPC
PROGETTO C.A.S.E. (L’AQUILA)
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EDIFICI STORICI
Costruiti senza tener conto delle azioni sismiche in modo adeguato
Vulnerabili perfino a eventi moderati
Caratterizzati da:
Struttura portante in muratura
Forma irregolare
Connessioni non efficaci tra le pareti
Solai deformabili nel loro piano
Fondazioni superficiali
Vanno cercate nuove soluzioni
Adeguamento sismico particolarmente delicato:
Edifici affollati quotidianamente
Vanno preservate le caratteristiche originali e il valore storico
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Parete
interna
Isolatori
Inseriti previa rimozione degli
elementi di connessione
Settore cilindrico
superiore
Settore cilindrico inferiore
Tubi in c.a. inseriti a con tecnica
spingitubo o microtunnelling
(diametro ≥ 2 m)
Terreno
Gap
STRUTTURA ISOL. SISMICO EDIFICI ESISTENTI Brevetto internaz.: P. Clemente (ENEA), A. De Stefano, G. Barla (POLITO)
Parete
esterna
Connessione rigida
tra l’edificio e il
sistema di isolamento
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SISEB: FASI ESECUTIVE
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PREVENZIONE = INFORMAZIONE
EDIFICIO NON
ADEGUATO
SISMICAMENTE
All'ingresso degli edifici non adeguati sismicamente, soprattutto
quelli pubblici e meta di turisti
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FINE
Grazie
per la Vostra
cortese attenzione