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Risposta sismica locale: parte III – analisi sismica territoriale

Written By: Francesco Salvatore Onorio - Oct• 12•10

Continua la trattazione del problema della risposta sismica locale; nella terza parte si affronta un altro caso studio: l’analisi sismica della città di Teramo. Vi ricordo che gli articoli precedenti li potete consultare ai seguenti link:

Risposta sismica locale: parte I – definizioni e concetti

Risposta sismica locale: parte II – un viadotto risonante

Veniamo dunque alla parte III:

1. UN CASO DI STUDIO: analisi sismica della città di Teramo

Gli stessi modelli 1D e 2D illustrati nella prima e seconda parte dell’articolo possono essere utilizzati anche per l’esecuzione dell’analisi dinamica territoriale, come nel caso dell’analisi sismica della città di Teramo (Di Francesco et. ali, 2005) il cui nome latino, Interamnia Urbis, significa “città tra due fiumi”.

Figura 1. Vista aerea della città di Teramo, il cui centro storico è fondato sulle alluvioni antiche del Fiume Tordino e del Torrente Vezzola (da: Di Francesco R., 2008).

Dalla semplice lettura della toponomastica risulta scontata la presenza di ingenti quantità di terreni alluvionali, ovvero soffici e pertanto simicamente amplificanti, che di fatto rappresentano l’ossatura dell’intero centro storico della città essendo la stessa bordata dal Fiume Tordino e dal Torrente Vezzola.
Da un punto di vista geologico e geomorfologico, il territorio comunale risulta incassato proprio nel punto di confluenza delle due aste fluviali, laddove le relative valli alluvionali si congiungono aprendosi all’incirca a ventaglio e dando luogo a spessori variabili dai 20 ai 24 metri di ghiaie e sabbie. Nel contempo il substrato roccioso corrisponde a fitte alternanze e stratificazioni di marne ed arenarie del Messiniano (5.5 – 5 MA), conducendo di fatto alla situazione ottimale per lo sviluppo dei fenomeni di amplificazione sismica:

1) presenza di terreni alluvionali soffici di elevato spessore;
2) presenza di substrato roccioso indeformabile;
3) elevata differenza tra le impedenze caratteristiche delle alluvioni rispetto al substrato.

Se si considera, poi, anche la geometria all’incirca tabulare di tali depositi risulta allora plausibile l’applicazione di “semplici” modelli 1D, del tipo illustrato nella prima parte dell’articolo, per lo studio della risposta sismica locale relativa alla costruzione di un singolo edificio, di un aggregato o dell’intero territorio comunale.

In quest’ultimo caso la modellazione sismica dell’intero territorio è stata svolta utilizzando modelli viscoelastici 1D inseriti in un ambiente GIS, al fine di poter tenere conto della reale struttura geologica e geomorfologica che comunque risulta variabile dal centro verso le periferie, laddove sono presenti depositi colluviali, frane di varia genesi e dimensione, terrazzi alluvionali sospesi sulle valli e substrato affiorante. In sostanza il territorio comunale è stato simulato mediante discretizzazione a maglia regolare, ai cui nodi sono state associate le informazioni di carattere geologico, geomorfologico e geofisico derivate in parte dagli studi relativi al nuovo PRG ed in parte mediante rilievi in originale comprendenti tra l’altro l’esecuzione di prospezioni sismiche.
Non ultimo, anche per tale analisi è stato utilizzato come segnale di ingresso il sisma del 26 settembre 1997 illustrato nella seconda parte dell’articolo.

Figura 2. Mappa a colori delle zone di isoamplificazione sismica ed analisi della risposta sismica locale (da: Di Francesco et. ali, 2005).

Analizzando la porzione sinistra della figura 2, relativa alla mappatura a colori delle zone di isoamplificazione sismica (curve di eguale Fattore di Amplificazione Dinamica) è possibile giungere alle seguenti considerazioni:

1. l’area urbana relativa al centro storico subisce fenomeni di elevata amplificazione del segnale sismico, corrispondente ad un FAD = 4.5 incentrato sulla frequenza fondamentale dei depositi alluvionali f1 = 3.38 Hz (T = 0.296 sec);
2. nelle zone periferiche la risposta locale è notevolmente dispersa, con assenza di amplificazione (FAD = 1) nei settori di diffuso affioramento del substrato roccioso.

Occorre allora considerare che l’integrità statica degli edifici antichi, tuttora agibili, è funzione del periodo proprio di oscillazione, il quale è in genere  lontano dalla frequenza fondamentale dei terreni alluvionali di fondazione; in altre parole l’intero tessuto urbano antico è da considerasi come il risultato di una selezione naturale.
L’ultimo aspetto può essere chiarito considerando che, dall’applicazione della funzione di trasferimento relativa al centro storico (mappatura arancione) al segnale di ingresso con picchi di 0.2g, risulta un segnale di uscita al suolo con picchi di 0.45 g nonostante la notevole amplificazione relativa al primo modo di vibrazione dei terreni (figura 2 a destra); ciò implica che lo spettro di risposta del centro storico non coincide con quello dei terremoti appenninici attenuando in parte il fenomeno dell’amplificazione sismica.
Occorre poi considerare anche il modo fondamentale di vibrazione degli edifici costituenti il centro storico i quali, per altezza standard di 10, 15 e 20 metri corrispondono (semplicisticamente) a 3.56 Hz (T1 = 0.280 sec), 2.62 Hz (T2 = 0.382 sec) e 2.11 Hz (T3 = 0.473 sec), da confrontare con i primi tre modi fondamentali dei sottostanti depositi alluvionali: 3.38 Hz (T1 = 0.296 sec), 6.76 Hz (T2 = 0.148 sec) e 10.10 Hz (T3 = 0.099 sec).
Infine, la ricerca è stata conclusa con la determinazione delle forme modali di vibrazione dei terreni alluvionali, ricercati attraverso la relazione:

la cui sintesi è illustrata in figura 3.

Figura 3. Forme modali di vibrazione dei terreni alluvionali costituenti il sottosuolo del centro storico di Teramo (da: Di Francesco R., 2008).


2. CONCLUSIONI

Riassumendo gli elementi introdotti finora risulta chiaro che la risposta strutturale alle sollecitazioni cicliche e/o dinamiche di un edificio rappresenta sempre un caso isolato se non unico, considerato che tra gli elementi che influiscono sul rispetto della vita utile possono essere citati:

a) la geometria strutturale;
b) la tipologia costruttiva;
c) l’azione delle masse in gioco;
d) le condizioni di snellezza;
e) l’azione delle tamponature nei telai;
f) le condizioni di conservazione e la vetustà;
g) la tipologia delle fondazioni;
h) la natura e spessore dei terreni di fondazione;
i) la presenza di faglie o altri elementi di discontinuità tettonica;
j) la presenza e quota del livello piezometrico;
k) l’intensità, durata e contenuto in frequenza della forzante sismica.

A conclusione dello studio è possibile citare gli effetti del terremoto del 6 aprile 2009 il quale ha causato a Teramo effetti comparabili con il modello prodotto, con i danni concentrati nelle zone a maggior amplificazione sismica. E tutto ciò pur considerando una distanza topografica dalle zone epicentrali di alcune decine di chilometri ed un sisma molto superficiale che ha concentrato la propria energia in un’area molto ristretta.


3. BIBLIOGRAFIA DI RIFERIMENTO
– Di Francesco R., Lesioni degli edifici: applicazioni di geotecnica e geofisica nell’analisi dei cedimenti delle fondazioni. Ulrico Heopli Editore Spa, Milano, 2008.

– Di Francesco R., Di Filippo S., Siena M., Di Biagio A., Valente A., Analisys of the local seismic risk trhought the applications of viscoelastic model: an essay on the territory of the town of Teramo (Italy). The XIth Computer Conference of International Association for Computer Methods and Advances in Geomechanics, Torino, 19-24 giugno 2005.

Si ringrazia l’esperto di geologia e geotecnica Romolo di Francesco per il prezioso contributo.

Per chiarimenti, segnalazioni ed altro è possibile contattare il sottoscritto a:

onorio@strutturista.com

Ing. Onorio Francesco Salvatore

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One Comment


  1. Realy nice i will come back greetings from berlin Matthias

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