Effetti di sito? Sì ma con molta attenzione - Anti

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Al termine di ciascun ciclo di carico è stata misurata lo spostamento residuo del sistema, per valutare eventuali fenomeni di plasticizzazione. Di seguito
i risultati:
N° cicli
Carico Max
(daN)
Spostamento Spostamento
Max (mm) residuo (mm)
10
100
4,23
0,19
30
60
3,07
0,015
100
25
0,08
0,01
n. 3-2005
Conclusioni
L’esito positivo di tutti i test effettuati, sotto la supervisione dell’Università di Padova, della Regione
Veneto e del collaudatore delle opere, ha confermato
la necessità di utilizzare dei mezzi di analisi estremamente sofisticati, che però tengano conto delle
reali esigenze cantieristiche; in questo modo è possibile dare risposta positiva alla legittima richiesta di
sicurezza di tutte le figure professionali che a vario
titolo sono coinvolte dal processo costruttivo.
Si ringrazia lo studio Navarra Associati per il contributo
fornito durante lo svolgimento delle prove sperimentali e
la stesura del presente articolo
Effetti di sito?
Sì ma con molta attenzione
Quel che segue, unitamente a scritti sul rischio
da maremoto nel Mediterraneo, sul collaudo
di un edificio sismicamente isolato e
sull’aggiornamento della normativa sismica,
arricchirà la seconda edizione del volume
Proteggersi dal terremoto che verrà
presentata in ottobre al salone dell’edilizia
di Bologna - SAIE.
di Giuliano F. Panza*, Fabio Romanelli** e Franco
Vaccari**
no dei principali fenomeni che influenzano la variabilità spaziale del moto sismico del suolo è la
U
così detta risposta di sito. Gli effetti dell’amplificazione o de-amplificazione locale possono dominare
la risposta sismica locale ogni volta che eterogeneità
locali, quali rilievi topografici o bacini riempiti da sedimenti sono presenti nei pressi del sito in esame.
Una semplice spiegazione fisica della amplificazione
locale del moto sismico del suolo, dovuta alla presenza di strati sedimentari, più o meno consolidati,
nei pressi della superficie, e fornita dall’intrappolamento dell’energia sismica, dovuto al forte contrasto
di impedenza fra gli strati superficiali non consolidati ed il sottostante basamento. Inoltre, il relativamente semplice istaurarsi di risonanze verticali può evolvere in un complesso sistema di risonanze, forte-
* Dipartimento di Scienze della Terra, Università degli
Studi di Trieste. The Abdus Salam International Centre
for Theoretical Physics – ICTP, Miramare, Trieste.
** Dipartimento di Scienze della Terra, Università degli
Studi di Trieste.
mente dipendenti dalle caratteristiche geometriche e
geotecniche dei depositi sedimentari. Le osservazioni macrosismiche effettuate dopo eventi distruttivi
del ventesimo secolo hanno messo in chiara evidenza la forte influenza delle condizioni geologiche superficiali e di quelle topografiche sulla distribuzione
spaziale dei danni. La maggior parte delle aree antropizzate sorge in prossimità o in corrispondenza di
bacini sedimentari (e.g. pianure di origine fluviale);
pertanto la definizione realistica dell’input sismico,
ovvero della sollecitazione dovuta ai terremoti, che
tenga nel debito conto la risposta di sito, è diventato
uno dei compi più rilevanti della ingegneria sismica.
Nell’ultimo decennio, una gran quantità di pubblicazioni è stata dedicata alla stima degli effetti di sito ed
una definizione pratica degli effetti di sito, che concilia le esigenze della comunità degli ingegneri e quella dei sismologi, è stata proposta da Field (1996): “the
unique behavior of a site, relative to other sites, that
persists given all (or most) of the potential sources of
earthquake ground motion in the region” (il comportamento peculiare di un sito, rispetto a quello di altri
siti, che persiste al variare delle potenziali sorgenti
sismiche). Questa definizione rivela implicitamente
le difficoltà che sono connesse con la stima corretta
delle risposte sismiche al sito, vale a dire con l’identificazione dei diversi ingredienti che danno origine al
moto sismico risultante: a) sorgente, b) mezzo lateralmente eterogeneo attraversato dalle onde e c) effetti delle proprietà locali del suolo (compresi possibili comportamenti non lineari).
Il metodo sperimentale assume che i termini legati ai tre ingredienti a), b) e c) siano rappresentabili
ciascuno tramite un filtro lineare: l’ effetto globale è
quindi il loro prodotto convolutivo. La stima empirica della risposta al sito si basa quindi sulla misura
del moto del terreno in diversi siti. Ciò richiede la re-
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21mo SECOLO SCIENZA e TECNOLOGIA
gistrazione, con una rete di strumenti, di una serie di
segnali generati da sorgenti diverse. Se una rete di I
siti ha registrato J eventi, lo spettro di ampiezza, O,
del j-esimo evento registrato all’i-esimo sito è, in generale, rappresentato da (e.g. Field and Jacob, 1995):
Oij(ω)=Ej(ω)•Pij(ω)•Si(ω)
(1)
dove E, P e S sono i fattori relativi, rispettivamente, alla sorgente, al percorso dell’onda dalla sorgente
al sito, ed all’effetto di sito. Nel dominio dei tempi la
(1) assume la forma:
Oij(t)=Ej(t)*Pij(t)*Si(t)
(1b)
dove * indica l’operazione di convoluzione.
Le tecniche più tradizionali per la stima del fattore S sono basate sul calcolo del rapporto fra lo
spettro del segnale (o porzione di esso) registrato al
sito su sedimenti e lo spettro di un segnale di riferimento, preferibilmente registrato in un sito vicino
in cui affiora il basamento. Un procedimento alternativo si basa sulla determinazione del rapporto
spettrale tra le componenti orizzontali e verticali
del moto. Questo metodo si basa sull’ipotesi che la
propagazione della componente verticale del moto
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(solitamente sono utilizzate solo onde S) è perturbato in modo minimale dagli strati più superficiali
e quindi può essere usato per rimuovere gli effetti
di sorgente e di propagazione dalle componenti
orizzontali del moto.
In modo analogo il metodo di Nakamura (1989)
si basa sulla determinazione della rapporto spettrale
fra le componenti orizzontale (solitamente viene
considerata la radice quadrata del prodotto fra gli
spettri delle componenti NS ed EW) e verticale di registrazioni di rumore sismico (microtremori). Studi
teorici (e.g., Lachet and Bard, 1994; Dravinski et al.,
1996) e sperimentali (e.g., Field and Jacob, 1995;
Field, 1996) hanno dimostrato in modo inequivocabile che il metodo di Nakamura è in grado di identificare il periodo di risonanza fondamentale di un sito, ma che, in generale, non permette di stimare il
reale livello di amplificazione. Inoltre l’ipotesi che
sta alla base del metodo di Nakamura (1989) sembra
infondata come illustrato in vari studi (e.g., Lachet
and Bard, 1994; Konno and Ohmachi, 1998) nei quali è dimostrato che il rapporto tra le componenti
orizzontale e verticale è intimamente correlato con
la polarizzazione delle onde di Rayleigh. Un confronto critico tra le varie tecniche empiriche in uso è
fornito da Bard (1997).
Mauro Dolce - Alessandro Martelli - Giuliano Panza
Proteggersi dal terremoto:
le moderne tecnologie e metodologie
e la nuova normativa sismica
212 pagine
Euro 15,00
ISBN 88-87731-24-1
1: Nozioni di sismologia - Il terremoto e le sue cause - L’origine dei terremoti - Le onde sismiche - Tipi di onde sismiche e
loro velocità di propagazione - Misure dell’entità dei terremoti Intensità - Magnitudo
2: Cenni sul moto sismico delle strutture - Equazioni
dell’equilibrio dinamico - Equilibrio statico (assenza di terremoto) - Equilibrio dinamico in presenza del terremoto Soluzione approssimata dell’equazione del moto sismico
orizzontale - Frequenze e periodo propri (o naturali) - Spettri di risposta definiti dalla nuova normativa sismica
3: Previsione dei terremoti e scenari deterministici del moto del suolo - Introduzione - La previsione dei terremoti a
medio termine spazio-temporale - I precursori dei terremoti Scenari di pericolosità sismica - Il caso Italia - L’algoritmo
CN - L’algoritmo M8
4: Pericolosità sismica, rischio sismico e prevenzione sismica in Italia - Pericolosità sismica - Vulnerabilità sismica
e prevenzione del rischio sismico - Classificazione sismica L’esperienza passata e gli scenari per il futuro - La precedente normativa sismica per le costruzioni ed i suoi limiti -
La nascita delle moderne tecniche di controllo delle vibrazioni sismiche - Importanza della corretta definizione
dell’input sismico
5: Caratteristiche delle moderne tecnologie antisismiche L’isolamento sismico e le sue caratteristiche principali - Cenni storici sullo sviluppo delle tecniche d’isolamento sismico
- I sistemi dissipativi e loro caratteristiche principali - Altri
sistemi antisismici
6: Progettazione delle strutture isolate o dotate di sistemi
dissipativi in base alla nuova normativa sismica - Introduzione - Approccio prestazionale - Definizione delle azioni di
progetto - Procedure di progetto: “capacity design” e dettagli costruttivi - Moderne tecnologie antisismiche
7: L’applicazione delle moderne tecnologie antisismiche in
Italia e nel mondo - Le collaborazioni nazionali ed internazionali e le attività di formazione ed informazione - Il GLIS L’Anti-Seismic Systems International Society (ASSISi) - Le prime applicazioni italiane ai ponti, ai viadotti e agli edifici - Le
applicazioni negli altri paesi - Le nuove prospettive di applicazione in Italia
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21mo SECOLO SCIENZA e TECNOLOGIA
Le tecniche più frequentemente usate per la stima empirica degli effetti di sito, essenzialmente baste su (1) forniscono un tipo di informazione sulle risposte di sito che è attendibile se si considerano fasi
o modi singoli, che non interferiscono fra loro; non
sempre sono applicabili alla maggior parte dei casi
reali, nei quali il moto sismico e formato dalla sequenza di varie fasi che interferiscono fra loro od,
equivalentemente, da un certo numero di modi di
vibrazione. Infatti, per distanze sorgente-sito superiori alle lunghezze d’onda dominanti nel segnale
(approssimazione di far field) e nella approssimazione di sorgente puntiforme – i.e. nella situazione
matematicamente più semplice – la k-esima componente dello spostamento sismico del suolo è data da:
uk(t)=ΣijMij(t)*Gki,j(t)
(2) compare una combinazione non lineare delle
componenti del tensore momento sismico.
Una valida alternativa al controverso approccio
empirico utilizzato per la stima degli effetti di sito si
basa sull’utilizzo di codici di calcolo sviluppati partendo dalla conoscenza disponibile sulle proprietà
delle sorgenti sismiche e sulla propagazione delle
onde sismiche (e.g. Field, 2000 and Panza et al.,
2001). In tal modo, utilizzando leggi fisiche fondamentali, è possibile simulare il moto del suolo per
qualsiasi terremoto di scenario. Quindi, utilizzando
le informazioni geologiche e geotecniche disponibili, è possibile eseguire, a basso costo, analisi parametriche molto dettagliate, che permettono di evitare il
ricorso ai metodi convolutivi che si basano sulla non
provata validità generale della (1).
(2)
Bibliografia
dove * indica l’operazione di convoluzione, G è
la funzione di Green, che rappresenta la risposta del
mezzo e gli Mij(t) sono i tassi delle componenti del
tensore momento sismico, che rappresenta le proprietà geometriche e temporali della sorgente (e.g.
Sileny and Panza, 1991; Sileny et al., 1992). Solo se si
assume che tali componenti siano indipendenti, allora la (2) è una equazione lineare che descrive,
quindi, un meccanismo alla sorgente, in generale,
variabile nel tempo. Tuttavia, se si limita l’indipendenza degli Mij(t) imponendo la condizione (del tutto ragionevole) che il meccanismo, durante il rilascio di energia sismica connesso ad un singolo terremoto, non cambi nel tempo, cioè se si impone la condizione:
Mij(t)=Mij.m(t)
n. 3-2005
(3)
l’equazione (2) diventa non lineare a causa della
presenza del prodotto Mij.m(t) (sia Mij che m(t) sono
parametri del modello che descrivono le proprietà
della sorgente). Quindi il problema nel dominio dei
tempi non è lineare, cioè l’equazione (1) non può essere utilizzata per la stima dell’effetto di sito, anche
senza che sia introdotta l’ulteriore non linearità derivante dal vincolo di doppia-coppia, con cui normalmente sono descritte, in modo formale, le sorgenti
degli eventi sismici di origine tettonica, vale a dire la
maggior parte dei terremoti, quelli cioè dovuti a movimenti di dislocazione lungo faglie. Nel dominio
delle frequenze la cosa potrebbe sembrare piu’ semplice perchè il prodotto convolutivo in (2) diventa
una semplice moltiplicazione e ciascuna frequenza è
considerata separatamente. La linearita’ è conservata se si considera Mij(ω), ma se si separa la parte
temporale della sorgente da quella geometrica – il
meccansimo focale – viene introdotto un vincolo
non-lineare, e quindi il vantaggio di considare il dominio delle frequenze è solo fittizio.
In generale, il vincolo di doppia-coppia richiede
l’annullamento del determinate di Mij. e quindi in
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