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concetti fisici – applicazioni - normativa
Forti terremoti e Faglie Attive e Capaci
FAC
Scale di intensità e di magnitudo
Scale di intensità e di magnitudo
Esempio di Drumplot (24 ore):
Rete di monitoraggio sismologico. Evento del 30 ottobre 2016
Visso (ore 06.40, Mw:6.5) (fonte: INGV)
Ogni riga=30 min
1 giorno (24 ore)
Classificazione dei terremoti – profondità ipocentrale Profondità ipocentro (h): Superficiali hh300km
Sismologia
Propagazione onde elastiche
parte 12
classificazione dei terremoti–Ipocentro–distribuzione spaziale
Cerchio rosso: Italia e paesi limitrofi
Prof. < 70 km
70 < h < 300
Classificazione dei terremoti – Magnitudo Ultramicro «M» < 1 [min: -2.7, Ts-p:< 60 ms] Micro «M»
classificazione dei terremoti–Magnitudo–distribuzione spaziale
Magnitudo 1-3 (3 -classificazione dei terremoti–Magnitudo–distribuzione spaziale
Magnitudo 1-3 (Sismicità naturale profonda – zona di Benioff
Sismicità naturale–zona di Benioff (placca americana-Nazaca) 50 km 100 km 300 km 600 km
Sismologia
Scale
(1) Intensità macrosismica
(2) Magnitudo (energia/potenza
terremoto)Terremoto: scala di intensità: Mercalli (Mercalli-Cancani-Sieberg)
• misura l'intensità di un terremoto tramite la descrizione degli
effetti che esso produce su persone, cose e manufatti
• trae la sua origine dalla semplice scala Rossi-Forel, di 10 gradi,
derivando poi il nome da Giuseppe Mercalli, sismologo e
vulcanologo famoso in tutto il mondo
• 1883 e nel 1902 la scala venne riveduta ed aggiornata
• 1902 la Scala Mercalli era di 10 gradi poi venne espansa a 12 gradi
dal fisico italiano Adolfo Cancani
• in seguito fu completamente riscritta dal geofisico tedesco August
Heinrich Sieberg e divenne nota come scala MCS abbreviata come
scala Mercalli.
15Relazione semplificata di Cancani-Sieberg per
la stima dell’accelerazione massimaPer misurare
l'intensità dei
sismi si
utilizzano la
scala Richter e
la scala Mercalli
(MCS).
Valuta l'entità
dei danni in
superficie e il
livello di
percezione
delle persone.
?????? 17grado scossa descrizione
I strumentale non avvertito
avvertito solo da poche persone in quiete, gli oggetti sospesi esilmente
II leggerissima
possono oscillare
avvertito notevolmente da persone al chiuso, specie ai piani alti degli
III leggera
edifici; automobili ferme possono oscillare lievemente
avvertito da molti all'interno di un edificio in ore diurne, all'aperto da pochi;
IV mediocre
di notte alcuni vengono destati; automobili ferme oscillano notevolmente
avvertito praticamente da tutti, molti destati nel sonno; crepe nei
V forte
rivestimenti, oggetti rovesciati; a volte scuotimento di alberi e pali
avvertito da tutti, molti spaventati corrono all'aperto; spostamento di mobili
VI molto forte
pesanti, caduta di intonaco e danni ai comignoli; danni lievi
tutti fuggono all'aperto; danni trascurabili a edifici di buona progettazione e
VII fortissima costruzione, da lievi a moderati per strutture ordinarie ben costruite;
avvertito da persone alla guida di automobili
danni lievi a strutture antisismiche; crolli parziali in edifici ordinari; caduta
VIII rovinosa di ciminiere, monumenti, colonne; ribaltamento di mobili pesanti; variazioni
dell'acqua dei pozzi
danni a strutture antisismiche; perdita di verticalità a strutture portanti ben
IX disastrosa progettate; edifici spostati rispetto alle fondazioni; fessurazione del suolo;
rottura di cavi sotterranei
distruzione della maggior parte delle strutture in muratura; notevole
X disastrosissima fessurazione del suolo; rotaie piegate; frane notevoli in argini fluviali o
ripidi pendii
poche strutture in muratura rimangono in piedi; distruzione di ponti; ampie
XI catastrofica fessure nel terreno; condutture sotterranee fuori uso; sprofondamenti e
slittamenti del terreno in suoli molli
danneggiamento totale; onde sulla superfice del suolo; distorsione
18 delle
XII grande catastrofe
linee di vista e di livello; oggetti lanciati in ariaclassificazione sismica - Novità I danni causati sono riconosciuti per legge se l’intensità osservata è >= VI (scala MCS)
Terremoto: rilievo macrosismico . Terremoto dell’Emilia 20/05/2012 Esempio di rilievo macrosismico Distribuzione dei punti di intensità rilevati nell’area epicentrale e zona limitrofa dal DPC tra il 20 e il 22 maggio 2012 (Fonte dato: Galli P., Castenetto S., Peronace E., 2012). Terremoto dell’Emilia, Maggio 2012. Rilievo macrosismico speditivo. Dipartimento della Protezione Civile Nazionale, Roma, http://www.protezionecivile.gov.it/resour ces/cms/documents/TerremotoEmiliaMC S.pdf:)
Terremoto: rilievo macrosismico . Terremoto dell’Emilia 29/05/2012 Effetti cumulativi. Esempio di rilievo macrosismico Distribuzione dei punti di intensità rilevati nell’area epicentrale e limitrofa da DPC alla data del 15 giugno. (Fonte dato: Galli P., Castenetto S., Peronace E., 2012.) Terremoto dell’Emilia, Maggio 2012. Rilievo macrosismico speditivo. Dipartimento della Protezione Civile Nazionale, Roma, http://www.protezionecivile.gov.it/resources/cms/doc uments/TerremotoEmiliaMCS.pdf
La scala MCS rappresenta:
• la procedura di base per la valutazione dei danni
seguita dal Dipartimento di Protezione Civile
(DPC),
• È del tutto simile alla versione delle mappe di
risentimento che vengono riportati sul sito
dell’INGV dai cittadini contattando il sito:
«Ho sentito il terremoto»Risenti
-mento impatto ~Ml Danno Scala
Macrosismica
Europea
EMS-98
I disegni descrivono
il probabile danno a
strutture in murature
I danni iniziano a
verificarsi a partire
dal VI grado di
intensitàStoria sismica di Ferrara – Fonte dato: INGV. Le frecce indicano il trend di incremento/decremento dell’attività sismica nel territorio di Ferrara e zone limitrofe. Dal 1580, nonostante la presenza di modesta e ricorrente attività sismica, il trend generale è in diminuzione quindi porterebbe a considerare l’area di Ferrara come zona con lacuna sismica e gli eventi sismici di maggio/giugno 2012 hanno confermato quest’analisi.
CPTI2015: Storia sismica di Ferrara – Fonte dato: INGV.
Analisi statistica della stima delle intensità epicentrali risentite nel
territorio ferrarese.
n. Intensità Magnitudo M4 M>5 M>6
osservazioni epicentro Momento Latitudine Longitudine
min 2 4 3.7 42.540 9.620 5 123 74 12
max 8 10 6.53 46.465 15.015
Terremoto
x
del 1570 8 8 5.44 44.824 11.632 M: 5.48Scala Mercalli Modificata (MMI)–confronto con i parametri di scuotimento
Scala Mercalli Modificata (MMI)
La Scala Mercalli Modificata (indicata con la sigla MM o MMI) si basa sugli effetti
risentiti dalle persone, nei gradi bassi, e sui danni agli edifici per i gradi alti.
Equazioni di conversione sviluppate dall'USGS permettono di associare l'intensità
locale del terremoto con grandezze fisiche misurabili localmente come la PGA
(Accelerazione di picco al suolo) o la PGV (Velocità di picco al suolo).
Danni
Intensità Scossa PGA in g PGV in cm/s
potenziali
I Impercettibile 116 Molto Gravi
distruttivaRelazione tra edifici crollati vs grado scala Mercalli
Modificata (USA)
Inizio danni alle struttureTerremoti storici: (1234 a.c. – 1787) - Magnitudo stimata: 4.6 – 5.5
Territorio ferrarese (Raggio: 5 km – diametro: 10 km rispetto centro abitato)
Me: Magnitudo stimata
2/3/6/8/9/10
1 5
4
Raggio area coperta: 5 kmGuidoboni E., 2012- http://www.ferrarainfo.com/it/area-operatori/lezioni-di-territorio/lezioni-di-territorio-2012-doc/slides-lezione-emanuela-guidoboni-2
Vulnerabilità edifici Effetti co-sismici Per ulteriori informazioni download Guidoboni E., 2012- http://www.ferrarainfo.com/it/area-operatori/lezioni-di-territorio/lezioni-di-territorio-2012-doc/slides-lezione-emanuela-guidoboni-2
Ubicazione del terremoto del 17/11/1570.
Scala Mercalli:VIII - Richter: 5,48
Inserisci immagine Ferrara
Da UTETCampo macrosismic del terremoto del 20 maggio 2012 I danni iniziano a manifestarsi a partire dal Grado di intensità 6 su scala MCS = I punti blue indicano le risposte dei cittadini Pervenute alla sede dell’INGV http://www.haisentitoilterremoto.it/repository/8222913230/index.html
Mappa di intensità macrosismica – Isosiste ‘’intensità
epicentrale=Imax=X 10-06-1542 a NE di Pistoia
MO
BO
RA
FI
LISismologia
Scale
(1) Intensità macrosismica
(2) Magnitudo (energia/potenza
terremoto)Magnitudo locale – intensità macrosismica in funzione
della distanza epicentrale. Esempio di correlazione
EMS’98
Correlazione ottenuta dall’analisi di n. 53 terremoti avvenuti nell’Italia
meridionale (Coburn, 1988). La scala di intensità è quella europea (EMS)Magnitudo – quale fasi sismiche utilizzate
[mb] [ML] [MS]
P superficiali (R)
S
Amax
Ampiezza (mm)
Tempo (sec) 37Magnitudo - utilizza una scala logaritmica numerica che stima la quantità
di energia rilasciata sotto forma di energia elastica nell’area focale
Si basa sulla misura dell’ampiezza massima registrata su una traccia sismica
Le scale sono differenti in funzione del tipo di onda analizzato:
[mb, ML, MS, MW, Md e Me]
-mb: si basa sulla misura dell’ampiezza di onde P (onde di volume). T (periodo) intorno
a 1 sec. Ha validità globale ma satura,
-ML: si basa sulla misura dell’ampiezza massima registrata dal sismometro orizzontale di
Richter (Wood-Anderson). con periodo T intorno a 0.8 sec in una stazione
posizionata a 100 km dall’epicentro. Correzioni sono necessarie per stazioni
ubicate a distanze diverse (validità fino a 5.9/6.0-6.5 massimo Richter),
-MS: si basa sulla misura dell’ampiezza di onde superficiali (R) T intorno a 20 sec. Valida
per terremoti superficiali e grande distanza epicentrale (validità fino a 8.2).
-MW: si basa sulla determinazione del momento sismico riferito all’elemento
tettonico sulla quale possono o sono già avvenuti terremoti. È la scala più
affidabile,
Md: magnitudo durata. Si basa sulla misura della durata delle vibrazione
ricevute dal sensore alla stazione sismologica (cioè al di sopra del 5% del
livello di fondo di rumore sismico presso la stazione sismologica).
38Sismologia
Propagazione onde elastiche
Fine parte 12Magnitudo Richter Ml – concetto
La ML venne definita da C. Richter nel 1935 a seguito dell’esigenza di realizzare il catalogo dei
terremoti della California.
Il problema era quello di assegnare un valore alla forza del terremoto che superasse la
semplice descrizione qualitativa allora in vigore (fortissimo, forte, debole,….etc..)
E’ comunemente accettata la circostanza secondo la quale la costruzione di un grafico
semilogaritmico, tra l’ampiezza massima registrata da un sismometro e la distanza
epicentrale, in funzione di diverse classi di terremoti californiani suggerisse a Richter l’idea di
formulare una “legge di scala” della forza di un evento sismico.
A0: ampiezza di riferimento
1 mm (storicamente),
attualmente può essere
anche dell’ordine di nm
Ad una distanza epicentrale
pari a 100 km
A : massima ampiezza
registrata sul sismogramma
delle componenti orizzontaliQuindi il lavoro iniziale di Richter ha messo in evidenzia quanto è stato osservato da
Wadati. La figura riporta, su scala semi-logaritmica, le osservazioni di Richter per
diversi valori di Magnitudo e distanza di registrazione.
La scala logaritmica è stata scelta in analogia con la misura astronomica dell’intensità di luce dei corpi
celesti. Richter ha fissato lo zero in corrispondenza a ML=3. la minima ampiezza misurabile è di 1 mm.
Teoricamente con la sua strumentazione si riesce ad arrivare a ML=2 in quanto il fattore correttivo da
applicare è pari (-logA0= 1.4) per un terremoto registrato nella vicinanza dell’epicentro (ML=3-1.4
=~ML=2)
ଵ =
Distanza (km)Ciò che è meno noto è che tale relazione era stata già osservata dal sismologo
giapponese K. Wadati nel 1931. In un suo lavoro sullo studio dei terremoti crostali e
profondi riportava la figura sottostante. Per stessa ammissione di Richter tale lavoro
suggerì lo sviluppo della relazione che porta il suo nome. Ts-p (sec)
(log(Ampiezza))
Durata registrazione energetica (sec)
spostamento
massimo terreno
(micrometri)
60°
Distanza (km)(1) È di carattere empirico, MAGNITUDO Richter (2) Richter ha fissato lo zero della scala. ML=3 per un terremoto di massima ampiezza pari ad 1 mm (a 100 km di distanza), (3) La necessità di estendere la validità della relazione a diverse distanze epicentrali impose un fattore correttivo A0(∆∆) alla formula. ML = log10 A − log10 A0 (∆ ) Lo stesso Richter scrisse: “I did the work to provide a purely instrumental scale for rough separation of large, medium, and small shocks”….. the local magnitude scale cannot hold to any high accuracy”
MAGNITUDO Richter
Rappresenta numericamente la forza del terremoto
La magnitudo, introdotta nel 1935 dal sismologo C.F. Richter, è una grandezza che mette a
confronto l'ampiezza massima (A) di una scossa con l'ampiezza di una scossa standard (Ao).
ML=log10(A/Ao) Ml:6
La scala Richter non ha limiti. Ml:5
• La scala è logaritmica per cui un aumento di una unità nella
magnitudo corrisponde a un aumento di un fattore 10 nell'ampiezza
del movimento del terreno e ad una liberazione di energia circa 32
volte maggiore. Ciò significa che un terremoto di:
M=6, è più "energetico" di 10 volte di uno di M=5>100>M=6>1000 M=5.
Per avere un'idea dell'energia dei terremoti, basti pensare che un
terremoto di magnitudo ~5-5.5, libera una potenza pari a quella della
bomba atomica esplosa su HiroshimaMagnitudo Richter ML
1930: Charles Richter poi Beno Guttenberg
1935: hanno pubblicato la scala Richter
Log (Amax) della componente orizzontale registrata da un
specifico sismografo noto (quello di Richter:
Wood-Aderson Torsion Seismograph WA
Quindi Richter definì questa Ampiezza registrata dal
Sismometro Wood-Anderson “WA” a 100 km di distanza
CalTech Institute,
California, USA
== un picco pari a 1 mm == ML: 3
== AmaxMagnitudo Richter ML
come si misura l’Ampiezza ed il periodo?
A: ampiezza (micrometri o mm)
A=(2*Ampiezza picco-picco)/2
T: periodo (sec)
CalTech Institute,
California, USAA dispetto delle limitazioni prima accennate, la magnitudo locale assume ancora oggi un ruolo
fondamentale. I motivi possono essere così riassunti:
- La misura della magnitudo Richter risulta assai semplice. in mm in questo caso
- Non richiede analisi numerica della forma d’onda.
La ML, valida per terremoti della
California del sud può essere
calcolata con l’ausilio dell’abaco
(normograme o abaco) figura
Al giorno d’oggi vengono
utilizzate formule ben calibrate
Questo nomogramma è stato
prodotto utilizzando la seguente
espressione sotto:
Nota bene: di solito si calcola la ML per
ogni registrazione poi si fa la media.
L’incertezza può essere intorno a ±0.3Terremoti – Magnitudo Richter Ml – Magnitudo locale
≤100 km)
Esempio di calcolo per terremoti locali (≤
onde P onde S T sec T-X onde S
Ts-p=3.5 sec
T-X onde P
Le curve dei tempi P ed S sono calcolati in base ad un modello di Distanza (km)
velocità (Vp, Vs, densità). Occorre avere un buon modello di velocità
per poter collocare con precisione l’ipocentro del terremoto. In caso di
assenza di tale modello si utilizzano i modelli standard della terra (1D)Magnitudo Richter Ml – misura ampiezza e periodo
• La circostanza secondo la quale la ML viene calcolata attraverso uno strumento a
corto periodo (0.8 sec), la rende particolarmente adatta per valutazioni attinenti
all’ingegneria antisismica essendo il periodo proprio di grandi strutture vicino a
tale valore.
• Nel corso degli anni la formula originale è stata modificata per allargarne la
fruibilità e per tener conto di altri fattori come lo “divergenza sferica” della
radiazione sismica e la profondità quindi assorbimento anielastico.
Le relazioni
• Hutton & attualmente
Boore (1987) più accreditate sono 2: la relazione di Hutton & Boore
(1987) e relativi aggiornamenti
r
Ml = log10 ( A) + 1.11 ⋅ log10 + 0.00189 ⋅ ( r − 100 ) + 3.0
100
A = massima ampiezza del Wood-Anderson espressa im in mm
r = distanza ipocentrale in km.Magnitudo - utilizza una scala logaritmica numerica che stima la quantità di energia rilasciata sotto forma di energia elastica Occorre ricordare che la Magnitudo è un numero, unico e tutti gli operatore degli osservatori sismologi cercano di avere un valore di Magnitudo in linee con la maggior parte dei valori determinati Le stazioni remote sono collocate in siti diversi : - roccia o suolo: problemi di amplificazione/deamplificazione del segnale sismico richiedono l’applicazione di fattori correttivi per omogenizzare il valore della Magnitudo (ML)
Magnitudo - utilizza una scala logaritmica numerica che stima la quantità
di energia rilasciata sotto forma di energia elastica
soluzione: vengono determinati dei coefficienti correttivi per ciascun sito
in superficie o in foro (di solito a più di 50 metri; mediamente intorno a 100/150 m
ed in casi specifici a 1-2 km
problemi di qualità del segnale sismico quindi il rapporto S/R
sismometri installati in foro sono caratterizzate da ottimo rapporto S/R
perché a grandi profondità il rumore prodotto dalle attività antropiche
viene attenuato soprattutto in zone urbane dove la riduzione del Rischio
Sismico è uno dei principali obiettivi della Normativa «NTC08» Norme
Tecniche per la ricostruzione.
anche il rumore sismico ambientale introduce errori nella
determinazione dell’ampiezza massima registrata quindi la soluzione è
quella di calcolare la media dei MLMagnitudo - utilizza una scala logaritmica numerica che stima la quantità
di energia rilasciata sotto forma di energia elastica
La ML così determinata è soggetta a revisione quindi abbiamo dei valori
di M determinati in automatico (A) o dai sismologi con revisione
manuale (ML).
Per questi motivi una differenza di qualche punto decimale (max 0,5)
è considerata statisticamente accettabile dai sismologi.
L’errore viene calcolato statisticamente come Dev. Standard.
In Italia ci sono due istituti dedicati alla sorveglianza sismica:
www.ingv.it
www.inogs.it
Tutti i due riportano un errore di determinazione della
magnitudo di circa +/- 0.3Magnitudo locale (ML)
Rete Sismologica Nazionale (RSN) (INGV)
http://cnt.rm.ingv.it
Centro Ricerche Sismologiche (INOGS, TS eUd)
http://rts.crs.inogs.it/it/home.html
ML = log10(amp) + 1.110 log10(hd) + 0.00189 hd+ 3.591
ML ± 0.2-0.3
(Hutton-Boore)
hd: è la distanza ipocentro-stazione in chilometri
Amp: metà della massima ampiezza picco-picco
espressa in metri
!!! sovrastima la magnitudo locale per stazioni a
distanze inferiori di 100 chilometri
53Limite di validità – causa saturazione
Limite di validità – causa saturazione
~ML: osservazioni==
Richter, ben conscio che la misura strumentale dei terremoti era fortemente
condizionata dal tipo di strumento, dal tipo di onda, dalla banda di frequenza, dalla
profondità dell’evento, etc,
pose un “filtro” piuttosto restrittivo all’uso della relazione.
• La validità della formula è confinata entro la distanza epicentrale di 600 km. In
effetti la tabella dei fattori correttivi è stata formulata esclusivamente per distanza
< 600km. Ciò per far sì che l’ampiezza massima del segnale venisse identificata nel
pacchetto d’onda superficiale tipo Love Lg.
• Vengono considerati esclusivamente i terremoti con profondità crostale.
• La relazione è definita in modo stringente per i terremoti caratteristici della
California del Sud.
• l’estensione ad altre regioni o domini tettonici deve prevedere una
riformulazione del coefficiente di attenuazione (fattori correttivi).
• La magnitudo locale viene misurata attraverso la risposta all’input sismico di un
sismometro a corto periodo.
-La ML, tra le varie definizioni di magnitudo, è quella che presenta il fenomeno
della saturazione a partire da valori di magnitudo più bassi (~ 6.5) rispetto alle altre
scale. Costituisce di fatto la magnitudo massima correttamente determinataMagnitudo Richter Ml – strumentazione Wood-Anderson WA
Lo strumento standard citato è il sismografo a torsione Wood-Anderson.
Si tratta di uno strumento la cui risposta è proporzionale allo
spostamento del terreno, a sole componenti orizzontali
(amplificazione=2800! (2080+/-60), periodo proprio: T=0.8 secondi,
frequenza naturale: 1.6 Hz). A tutti gli effetti è un pendolo
Mine e Lee, 1939
Sistema di
smorzzameto Sorgente di luce
magnetico
Traccia sismica
Componente
orizzontale
Benioff, 1955)
schema del sismografo di Richter WASismogramma originale
Simulazione risposta
del sismografo di
Richter
Wood-Anderson
Amp. (spostamento) secondo il sismografo
Wood-Andresno utilizzato da RichterStrumentazione: sismografo ….. Il primo ad essere sviluppato
Circa 1.80 m
Inventato in Cina
132 AD
(Zhang Heng)
Averte
Misura direzione
di provenienza
delle onde elastiche
Utilizza masse
sospeseMagnitudo durata (coda):
Dove si misura?
5 sec
D
ID
T0 stazione
D
t totale dall’origine
Mc = a log(tcoda) + bD+cMagnitudo Durata Md – RSN Italia (INGV)
Md = a log[Dur] + b[D] + c[h] + e
Md = 2.0 log(Dur + 0.082*D) – 0.87 RSN: Console & Di Sanza (1988)
dove:
Dur = durata in secondi dall’arrivo della fase ‘P’ fino a quando il
segnale di coda raggiunge 1 o 2 volte il segnale di rumore
sismico ambientale (di fondo: specifico per ogni stazione).
D = distanza epicentrale (in km)
h = profondità in km
a,b,c = coefficienti numerici determinati da modelli statistici
(regressione)
e = fattore di correzione (serve per omogenizzare i valori
di Magnitudo calcolati in ciascuna stazione della
rete di monitoraggio)Magnitudo Durata Md – RSN Italia (INGV) – Rete NetFerr (Casaglia)
Md = 2 *log10(dur + ed* 0.082) - 0.87 (~ Cs)
Console & Di Sanza (1988)
Md = 2.49 log(Dur) – 2.31 + CORRsta (~Cs)
Castello, Olivieri & Selvaggi (2005)
Md = 2 *log10(dur + ed* 0.082) – Cs
Cs: 0.87 (Md>2.5), Cs: 0.43 (MdMagnitudo durata (coda): si usa quando la risposta dello strumento-
sismografo non sono calibrati . Vi ricordo il terremoto del 24/08/2017 di
Casamicciola, Isola d’Ischia dove ML:3.6 mentre Md o Mc : 4
5 sec
D
stazione
Napoli
stazione
Ischia
T0
D
t totale dall’origine
Mc = a log(tcoda) + bD+cPuoi anche leggere
