eRiskZone.net - Rischio Sismico

LA SEZIONE "TERRENI" DEL SISTEMA

La sezione Terreni del software AESP, che opera nel sistema eRiskZone, gestisce le informazioni necessarie per l’esecuzione dell’analisi di amplificazione locale on-line (sistema semplificato) e per l’analisi semplificata di liquefazione dei terreni sabbio-ghiaiosi.

Al fine di stimare i fattori di amplificazione per ciascuna frequenza di oscillazione l’utente può selezionare uno dei due metodi alternativi presenti nel sistema denominati, rispettivamente, metodo base e metodo avanzato. Se viene selezionato il metodo base il sistema semplificato utilizza la legge di attenuazione di Sabetta e Pugliese (1996), e basa la sua stima sul confronto della legge come definita per depositi alluvionali generici (deposito alluvionale profondo con spessore maggiore di 30m, oppure deposito alluvionale poco profondo con spessore minore di 30m) con quella applicabile in roccia. Il calcolo si basa sui valori di magnitudo e distanza individuati, con riferimento al periodo proprio della struttura analizzata, mediante procedura di disaggregazione. D’altro canto, se viene selezionato il metodo avanzato il sistema semplificato utilizza funzioni di amplificazione avanzate e calcola la pericolosità in superficie mediante una procedura di convoluzione.

Le funzioni di amplificazione avanzate attualmente in uso, ottenute mediante analisi dinamiche in campo non lineare effettuate per centinaia di colonne diverse, sono ancora in forma preliminare e in qualche circostanza potrebbero produrre risultati non del tutto attendibili. Si segnala inoltre che queste funzioni sono applicabili a siti con caratteristiche geotecniche relativamente omogenee, mentre modelli più generali, applicabili a siti con caratteristiche stratigrafiche più complesse, sono al momento in fase di studio.

L’effetto sui fenomeni di amplificazione locale di specifiche caratteristiche morfologiche del sito in esame sono introdotti in forma semplificata, come suggerito nelle Norme Tecniche per le Costruzioni redatte dal Ministero delle Infrastrutture, mediante coefficienti di amplificazione topografica. I coefficienti adottati sono quelli proposti nell’Eurocodice 8 e nell’Ordinanza P.C.M. n. 3274.

Nel caso del solo metodo base viene condotta, per i terreni non plastici saturi, una analisi di liquefazione applicando la metodologia semplificata proposta da Youd et al. (2001). Tale metodologia tiene conto della densità relativa, del contenuto in fini del terreno e della magnitudo del terremoto di riferimento. Nel caso in cui il sistema rilevi la possibilità che il terreno sia soggetto a fenomeni di liquefazione sismica, si ottiene un segnale di allerta che sollecita l’esecuzione di analisi più approfondite, da eseguire off-line. Il fenomeno di liquefazione potrebbe infatti causare fenomeni di spandimento laterale del terreno liquefatto, cedimenti verticali molto significativi, instabilità di pendii, e influenzare in modo significativo anche i fenomeni di l’amplificazione locale (Youd e Carter, 2005).

L’analisi è effettuata in modo disaccoppiato e non ha alcuna incidenza sui risultati dell’analisi di amplificazione locale condotta con il metodo base: pertanto, in caso di liquefazione, gli effetti di amplificazione locale stimati dal sistema con il metodo base e utilizzati per la stima del livello di danno atteso nella struttura potrebbero essere caratterizzati da un significativo margine di errore.

Attraverso l'interfaccia l'utente può caratterizzare il proprio terreno in modo semplice ed efficace: non è infatti richiesta l'immissione diretta di alcun dato numerico né, tantomeno, alcuna descrizione letterale. Sono presenti semplici strumenti, come il menu a discesa, la barra di scorrimento e la casella di opzione, che consentono di selezionare, tra le varie possibilità, quella corrispondente al sito in esame. Ove l’informazione richiesta non sia disponibile il sistema applica un valore di default, dichiarato nella finestra del menu.

Le informazioni richieste dalla sezione Terreno sono descritte nei paragrafi che seguono.

Metodologia

Questo campo consente di selezionare il metodo base oppure, in alternativa, il metodo avanzato per la stima degli effetti di amplificazione locale. Se viene selezionato il metodo base il sistema semplificato basa la sua stima sul confronto della legge di attenuazione di Sabetta e Pugliese (1996) per depositi alluvionali generici con la legge di attenuazione applicabile in roccia. Questo utilizzando i valori di magnitudo e distanza stimati mediante disaggregazione in corrispondenza della frequenza fondamentale elastica della struttura, e per un periodo medio di ritorno pari a 475 anni. D’altro canto, se viene selezionato il metodo avanzato il sistema utilizza funzioni di amplificazione avanzate e calcola la pericolosità in superficie mediante una procedura di convoluzione. Le funzioni di amplificazione attualmente in uso, ottenute mediante analisi dinamiche in campo non lineare effettuate per centinaia di colonne diverse, sono ancora in forma preliminare e in qualche circostanza potrebbero produrre risultati non del tutto attendibili. Si segnala inoltre che queste funzioni sono applicabili a siti con caratteristiche geotecniche relativamente omogenee, mentre modelli più generali, applicabili a siti con caratteristiche stratigrafiche più complesse, sono al momento in fase di sviluppo.

Geologia

Questo campo contiene informazioni utilizzate da AESP per la stima dei fattori di amplificazione in corrispondenza di ciascuna frequenza di oscillazione.

Se è stato selezionato il metodo base le possibili caratteristiche del terreno sono da scegliere tra le seguenti alternative:

a) roccia
b) deposito alluvionale poco profondo (con spessore <30m) DEFAULT
c) deposito alluvionale profondo (con spessore >30m)
d) non so (valore di default)

Nel caso in cui la formazione di interesse sia costituita da roccia l’analisi di amplificazione locale non è effettuata e i parametri sismici da utilizzare vengono estratti direttamente dal database. Nel caso in cui l’utente non abbia a disposizione questa informazione (non so) il sistema selezionerà l’opzione b.

Se è stato selezionato il metodo avanzato le possibili caratteristiche del terreno sono da scegliere tra le seguenti alternative:

a) roccia
b) deposito alluvionale

Morfologia

Questo campo contiene informazioni utilizzate da AESP per la stima semplificata dei fattori di amplificazione in corrispondenza di ciascuna frequenza di oscillazione.

L’utente dovrà selezionare una delle seguenti definizioni:

a) pendio scosceso isolato con inclinazione >15° e dislivello >30m
b) sito prossimo alla sommità di profili topografici aventi larghezza in cresta molto inferiore alla larghezza alla base e pendenza media maggiore di 30°
c) come precedente ma con pendenza media compresa tra 15 e 30°
d) nessun effetto morfologico DEFAULT
e) non so

Il punto d rappresenta la condizione base in cui il terreno viene rappresentato come un semispazio infinito con superficie orizzontale.

Nel caso in cui l’utente non abbia a disposizione questa informazione (“non so”) il sistema selezionerà l’opzione d.

Livello di falda
Questo campo è rilevante per la stima degli effetti di amplificazione locale (solo metodo avanzato) e ai fini dell’analisi semplificata di liquefazione (solo metodo base) nei terreni non plastici.

Nel caso in cui l’edificio è fondato su un affioramento roccioso (opzione c del campo Geologia) questa finestra sarà disattivata.

Nel caso del metodo base, l’utente dovrà selezionare un intervallo di possibili profondità del livello di falda scegliendo tra i seguenti valori:

a) tra 0 e 5m DEFAULT
b) tra 5 e 10m
c) tra 10 e 15m
d) tra 15 e 20m
e) oltre 20m (liquefazione non possibile)
f) non so

AESP utilizza il valore di profondità minimo, nell’ambito dell’intervallo selezionato, aumentato di 2m.

Nel caso del metodo avanzato, l’utente dovrà selezionare una possibile profondità del livello di falda scegliendo tra i seguenti valori:

a) Superficiale (2.0m) DEFAULT
b) Profonda (20.0m)
c) non so

Nel caso in cui l’utente non abbia a disposizione questa informazione (non so) il sistema selezionerà l’opzione a.

Tipo di terreno

Questo campo è rilevante ai fini della stima dei parametri di amplificazione locale (solo metodo avanzato), della risposta in spostamento del sistema strutturale anelastico (ambedue i metodi) e dell'analisi semplificata di liquefazione (solo metodo base).

Nei casi in cui il sito sia caratterizzato da roccia (opzione a del campo Geologia), oppure sia stato selezionato il metodo base e la profondità del livello di falda sia maggiore di 20m (opzione e del campo Livello di falda) questa finestra sarà disattivata.

Se viene scelto il metodo base l’utente dovrà selezionare tra le seguenti possibilità:

a) sabbia o ghiaia DEFAULT
b) argille o limi plastici mediamente o molto consistenti
c) argille o limi plastici da poco a mediamente consistenti
d) non so

Nel caso in cui l’utente non abbia a disposizione questa informazione (non so) il sistema selezionerà l’opzione a.

Se viene selezionato il metodo avanzato l’utente dovrà selezionare tra le seguenti possibilità:

a) sabbia, ghiaia
b) limi o argille sovraconsolidati con OCR costante
c) limi o argille sovraconsolidati con OCR variabile

Consistenza / Densità relativa

Questo campo è rilevante ai fini della stima della risposta in spostamento del sistema strutturale anelastico (ambedue i metodi) e dell'analisi semplificata di liquefazione (solo metodo base), ma non partecipa in modo diretto alla stima degli effetti di amplificazione locale.

Nei casi in cui il sito è caratterizzato da roccia (opzione a del campo Geologia) o da terreni argillosi o limosi plastici (opzioni b e c del campo Tipo di terreno), oppure sia stato selezionato il metodo base e la profondità del livello di falda sia maggiore di 20m (opzione e del Campo Livello di falda), questa finestra sarà disattivata.

L’utente dovrà selezionare tra le seguenti possibilità:

a) terreno molto sciolto (Dr intorno al 15%)
b) terreno sciolto (Dr intorno al 30%)
c) terreno mediamente denso (Dr intorno al 50%)    DEFAULT
d) terreno denso (Dr intorno al 70%)
e) terreno molto denso (Dr > 85%)
f) non so

Nel caso in cui l’utente non abbia a disposizione questa informazione (non so) il sistema selezionerà l’opzione c.

Contenuto in fini (solo metodo base)

Questo campo è rilevante esclusivamente ai fini dell’analisi semplificata di liquefazione e non partecipa in alcun modo alla stima degli parametri di amplificazione locale.

Nei casi in cui il sito sia caratterizzato da roccia (opzione c del campo Stratigrafia) oppure la profondità del livello di falda sia maggiore di 20m (opzione e del Campo Livello di falda) oppure da terreni argillosi o limosi plastici (opzione b del campo Tipo di terreno) questa finestra sarà disattivata.

L’utente dovrà selezionare tra le seguenti possibilità:

a) contenuto in fini basso (<= 5%) DEFAULT
b) contenuto in fini medio (circa 20%)
c) contenuto in fini alto (>= 35%)
d) non so

Nel caso in cui l’utente non abbia a disposizione questa informazione (non so) il sistema selezionerà l’opzione a.

Profondità del substrato roccioso (solo metodo avanzato)
Questo campo è rilevante ai fini della stima dei parametri di amplificazione locale.
L’utente dovrà selezionare tra le seguenti possibilità:

a) H = 5m
b) H = 7m
.....................
.....................
f) H = 30 m DEFAULT
....................
....................
l) H = 150m o maggiore
m) non so

Nel caso in cui l’utente non abbia a disposizione questa informazione (non so) il sistema selezionerà l’opzione f.

Nei casi in cui il sito sia caratterizzato da roccia (opzione c del campo Geologia) questa finestra sarà disattivata.

Suscettibilità alla mobilità ciclica (solo metodo avanzato)

Questo campo è rilevante, per i soli terreni non plastici (sabbie e ghiaie), ai fini della stima degli effetti di amplificazione locale.

L’utente dovrà selezionare tra le seguenti possibilità:

a) Terreno soggetto a mobilità ciclica
b) Terreno NON soggetto a mobilità ciclica DEFAULT
c) Non so

Nel caso in cui l’utente non abbia a disposizione questa informazione (non so) il sistema selezionerà l’opzione b.

Nei casi in cui il sito sia caratterizzato da roccia (opzione a del campo Geologia) oppure da terreni argillosi o limosi plastici (opzioni b oppure c del campo Tipo di terreno) questa finestra sarà disattivata.

VS30 terreno (solo metodo avanzato)

Questo campo è rilevante ai fini della stima degli effetti di amplificazione locale, ma solo nel caso in cui la frequenza fondamentale del sito non sia disponibile (vedi campo Frequenza fondamentale terreno).

L’utente dovrà selezionare uno dei valori di VS30 che compariranno nella finestra, che varieranno a seconda del tipo di terreno e della profondità del deposito selezionata (vedi campo Profondità substrato roccioso).

Ad esempio:

a) VS30 = 200 m/s
........................
........................
l) VS30 = 350 m/s

Il valore selezionato potrà derivare da misure dirette in sito, oppure da stime indirette effettuate sulla base di parametri geotecnici noti.

Nei casi in cui il sito sia caratterizzato da roccia (opzione a del campo Geologia) questa finestra sarà disattivata.

Indagine geognostica (solo metodo avanzato)

Questo campo è rilevante ai fini della stima degli effetti di amplificazione locale, e in particolare contribuisce alla selezione del valore della deviazione standard da utilizzare in fase di convoluzione. Questo a seconda del livello di indagine disponibile su base locale.

L’utente dovrà selezionare tra le seguenti possibilità:

a) Indagine esaustiva
b) Indagine standard DEFAULT
c) Indagine non esaustiva
d) Non so

Nel caso in cui l’utente non abbia a disposizione questa informazione (non so) il sistema selezionerà l’opzione b.

Nei casi in cui il sito sia caratterizzato da roccia (opzione a del campo Geologia) questa finestra sarà disattivata.

QUESTA OPZIONE NON E’ AL MOMENTO DISPONIBILE

Plasticità (solo metodo avanzato)

Questo campo è rilevante ai fini della stima dei parametri di amplificazione locale, contribuendo a definire il comportamento dei terreni coesivi in campo non lineare.

L’utente dovrà selezionare tra le seguenti possibilità:

a) Alta plasticità DEFAULT
b) Bassa plasticità
c) non so

Nel caso in cui l’utente non abbia a disposizione questa informazione (non so) il sistema selezionerà l’opzione a.

Nei casi in cui il sito sia caratterizzato da roccia (opzione a del campo Geologia) oppure il terreno sia costituito prevalentemente da sabbia e/o ghiaia (opzione a del campo Tipo di terreno) questa finestra sarà disattivata.

VS30 substrato roccioso (solo metodo avanzato)

Questo campo, in cui viene indicata la velocità delle onde di taglio caratterizzante il substrato roccioso, è rilevante alla stima dei parametri di amplificazione locale.

L’utente dovrà selezionare tra le seguenti possibilità:

a) VS-ROCK= 800m/s
b) VS-ROCK= 1500 m/s    DEFAULT
c) VS-ROCK= 2500m/s
d) non so

Nel caso in cui l’utente non abbia a disposizione questa informazione (non so) il sistema selezionerà l’opzione b.

Nei casi in cui il sito sia caratterizzato da roccia (opzione a del campo Geologia) questa finestra sarà disattivata.

Frequenza fondamentale terreno (solo metodo avanzato)
Questo campo è rilevante ai fini della stima degli effetti di amplificazione locale.

L’utente dovrà selezionare uno dei valori di frequenza fondamentale elastica che compariranno nella finestra, che varieranno a seconda del tipo di terreno e della profondità del deposito (vedi campo Profondità substrato roccioso).

Ad esempio:

a) fnat = 2.0 Hz
b) ........................
c) ........................
l) fnat = 4.0 Hz
m) non disponibile

I valori potranno derivare da misure in sito (ad es. registrazione di microtremori o misure di VS) oppure da stime indirette da parametri geotecnici noti.

Nel caso in cui il valore della frequenza fondamentale elastica non sia disponibile (non disponibile) il sistema utilizzerà la velocità delle onde di taglio (vedi campo Velocità delle onde di taglio VS30).

Nei casi in cui il sito sia caratterizzato da roccia (opzione a del campo “Geologia”) questa finestra sarà disattivata.

Bibliografia

Eurocode 8 – ENV 1998-5. Design of structures for earthquake resistance – Part.5, foundations, retaining structures and geotechnical aspects.

Ministero delle Infrastrutture, giugno 2005, Norme Tecniche per le Costruzioni (testo trasmesso alla Conferenza Stato-Regioni al fine di ottenerne l'intesa prevista dall'art.54 del D.Lgs. 112/98), non ancora in vigore

Ordinanza del Presidente del Consiglio dei Ministri n. 3274 del 20 marzo 2003 (Suppl. Ord. n. 72 alla G.U. n. 105 del 8 maggio 2003). Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e normative tecniche per le costruzioni in zona sismica.

Ordinanza del Presidente del Consiglio dei Ministri n. 3431 del 3 maggio 2005 (Suppl. Ord. n. 85 alla G.U. n. 107 del 10 maggio 2005). Ulteriori modifiche ed integrazioni all'ordinanza del Presidente del Consiglio dei Ministri n. 3274 del 20 marzo 2003, recante «Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica».

Sabetta F. and A. Pugliese, 1996, Estimation of response spectra and simulation of non-stationary earthquake ground motions, Bull. Seism. Soc. Am., 86(2), pp. 337-352.

Youd T.L. et al., 2001, Liquefaction Resistance of Soils: Summary Report from 1996 NCEER and 1998 NCEER/NSF Workshops on Evaluation of Liquefaction Resistance of Soils, Journal of Geotechnical and Geoenviromental Engineering, ASCE, Vol. 127 N°10, pp.817.

Youd T.L. e B.L. Carter, 2005, Influence of soil softening and liquefaction on spectral acceleration, Journal of Geotechnical and Geoenviromental Engineering, ASCE, Vol. 131, N°7, pp.811-825.