Attività Dottorato primo anno(Gennaio 2011-Ottobre 2011)

Temi della tesi: Studio degli effetti di bordo, del ruolo dell’inversione di velocità e della topografia nella generazione dell’amplificazione sismica in aree campione. Confronto tra dati di simulazione numerica e dati sismici reali finalizzato all’interpretazione del danneggiamento osservato nel caso del terremoto dell’Aquila.

Dottorando: Giuseppe Di GiulioIngegneria Civile e del Territorio- XXVI Ciclo- Prevenzione e mitigazione del rischio ambientale e sismico per le costruzioni nuove ed esistenti

Tutore: Dott. Marco Tallini, Università dell'AquilaCo-Tutore: Dott. Giuliano Milana, Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia

Università degli Studi dell’Aquila Ingegneria Civile e del Territorio - XXVI Ciclo

L’Aquila, 27 Ottobre 2011

Effetti di bordo (Basin-edge effects)

• Effetto causato da interferenze costruttive tra onde incidenti e onde diffratte/superficiali generate dal bordo del bacino

• Possono essere responsabili di un amplificazione del moto sismico in prossimità del bordo(‘maximum damage belt’)

• L’entità dipende dalle proprietà dell’input sismico incidente , dalla geometria del bacino e dalle proprietà dei materiali di riempimento

• Evidenze sperimentali per terremoti moderati/forti ad esempio nell’ area di Kobe (Pitarka et al., 1998), Santa Monica (Graves et al., 1998) e Los Angeles (Joyner , 2000)

Joyner W.B.,2000, Strong motion from surface waves in deep sedimentary basins, Bulletin of the Seismological Society of America, 90, doi: 10.1785/0120000505, S95-S112.

Pitarka, A., K. Irikura, T. Iwata and H. Sekiguchi, 1998, Three-dimensional simulation of the near-fault ground motion for the 1995 Hyogo-ken Nanbu (Kobe), Japan, earthquake, Bullettin of the Seismological Society of America, Vol. 88, No. 2, pp. 428-440.

Graves, R.W., A. Pitarka A. and P.G. Sommerville, 1998, Ground-motion amplification in the Santa Monica area: Effects of shallow basin-edge structure, Bullettin of the Seismological Society of America, Vol. 88, pp. 1224-1242.

figure tratte da Graves et al., 1998

Effetto topografico

• Amplificazione del moto sismico per una canalizzazione di energia causata da irregolarità topografiche

• In genere le evidenze sperimentali mostrano effetti locali di amplificazione maggiori di quelli dedotti da modelli numerici (Geli et al., 1998)

Boore, D. M., 1972, Note on the effect of topography on seismic SH waves, Bullettin of the Seismological Society of America, Vol. 62, pp. 275-284.

Geli, L., P.Y. Bard, and B. Jullien, 1988, The effect of topography on earthquake ground motion: a review and new results, Bulletin of the Seismological Society of America, Vol. 78, No. 1, pp. 42-63.

da Boore, 1972

amplificazione aumenta all’aumentare di H/L (shape ratio)frequenza di amplificazione ~ V/2L

H

2L

amplificazione perincidenza onde SH per ilmodello a sinistra, per f = 5 Hz(assumendo Vs 500 m/s)

Ruolo inversioni di velocità• Le inversioni di velocità sono state documentate nell’area Aquilana (contatto tra Brecce e argille lacustri);

• Sono anche molto frequenti in prossimità dei bordi dei bacini alluvionali, dove uno strato superficiale di ghiaie (conoidi) può essere presente sopra terreni più soffici;

• Ruolo delle inversioni di velocità nell’amplificazione sismica ?

Amoroso, S., F. Del Monaco, F. Di Eusebio, P. Monaco, B. Taddei, M. Tallini, F. Totani, and G. Totani 2010, “Campagna di indagini geologiche, geotecniche e geofisiche per lo studio della risposta sismica locale della città dell'Aquila: la stratigrafia dei sondaggi (Giugno - Agosto 2010)’’, CERFIS Report n.1-2010, pp. 1-51, http://www.cerfis.it/it/attivita/microzonazione.html.

8 m

80

/10

0 m

30

0 m L

acus

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Fil

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dual

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ls

Profilo di Vs ottenuto tramite tecnichearrays (Di Giulio et al., 2011).

Br

L

Di Giulio, G., F. Cara, G. Milana, and I. Gaudiosi, 2011, The deep structure of the L'Aquila Basin investigated using array measurements, 4th IASPEI / IAEE International Symposium: Effects of Surface Geology on Seismic Motion, University of California Santa Barbara, August 23–26, 2011.

A.Tertulliani, L. Arcoraci, M. Berardi, F. Bernardini and R. Camassi, et al., 2011,An application of EMS98 in a medium-sized city: The case of L’Aquila (Central Italy) after the April 6, 2009 Mw 6.3 earthquake,Bulletin of Earthquake Engineering, Volume 9, Number 1, pp. 67-80, doi 10.1007/s10518-010-9188-4

“…This area is very close to the lithological contact between the alluvial sediments of the Aterno Valley and the conglomerates (Megabrecce) on which L’Aquila downtown is settled ,and coincides with a remarkable morphological slope (Fig. 16). Moreover the same area was the site of large embankments in the first decades of 1900. Thus this geomorphologic feature can be considered as a probable factor that increased the damage….” estratto da Tertulliani et al., 2011

down

top

Transetto Porta Napoli

H/V

Strumentazione per misure di vibrazioni sismiche ambientali

Frequency (Hz)

H/V

cm11 (down)

cm07 (top)

Transetto Collemaggio-Orto botanico

topdown

Effetti di bordo (Basin-edge effects)

Studio effettuato attraverso modellazioni 2D calcolando numericamente la risposta di un bacino. Le modellazioni 2D saranno eseguite applicando un codice di calcolo alle differenze finite per onde SH (Caserta, 1998; portale w.i.s.a.) e agli elementi finiti per onde P-SV (Lanucara et al., 2004).Tecniche array aiuteranno a capire il ruolo delle onde superficiali.

Progetto DPC-S5 - Definizione dell’input sismico sulla basedegli spostamenti attesi (Faccioli e Rovelli)

Caserta, A.,1998, A time domain finite-difference technique for oblique incidence of antiplane waves in heterogeneous dissipative media, Annali di Geofisica, 41, 617– 631.

Lanucara P., M.P. Busico, A. Caserta and B. Firmani, 2004, Numerical Modelling of the ground motion: a parallel approach for finite element methods, Proceedings of the 7th Conference on Applied and Industrial Mathematics in Italy, Venezia, Italy, 487-495.

da progetto DPC S5 U.R 2 - Progetto S5

DPC-S5- Definizione dell’input sismico sulla base degli spostamenti attesi

Effetto topografico (test-site Ocre)

Avallone, A., M. Marzario, A. Cirella, A. Piatanesi, A. Rovelli, C. Di Alessandro, E. D’Anastasio, N. D’Agostino, R. Giuliani, and M. Mattone, 2011, Very high rate (10 Hz) GPS seismology for moderate magnitude earthquakes: The case of the Mw 6.3 L’Aquila (central Italy) event, ‐Journal of Geophysical Research , 116, B02305, doi:10.1029/2010JB007834

Confronto fra stazione GPS e stazione sismica

Vp 2000 m/sVs 1000 m/sQp 200Qs 100densità 2.5 g/cm^3

Modellazione P-SV Ocre

0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 40000

1

2

3

4

5

6

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

Modellazione P-SV ocre

freq

uenc

y (H

z)

distance (m)

Corfinio e Badia Morronese

Corfinio: alta intensità macrosismica per terremoti storici,inversione di velocita’ documentato da un down-hole, in buon accordo con il profilo di velocità stimato tramite tecniche array, frequenza di risonanza 0.4 Hz

Badia Morronese: in prossimità del bordo est del bacino diSulmona,eterogeneità laterali legate probabilmente all’effetto del conoide (transizione ghiaia/argilla),frequenza di risonanza 0.7 Hz

Badia Morronese

Corfinio

10-15 m(inversione superficiale)

25-30 m

Sondaggio eseguito in prossimità della basilica di S. Pelino (Corfinio)

frequency (Hz)

H/V

Red: array sud (clay)Gray: array nord (alluvial fan)

Badia Morronese