INFLUENZA DI ALCUNI PARAMETRI SULL'AMPLIFICAZIONE SISMICA A SAN GIULIANO DI PUGLIA (CB)

GNGTS – Atti del 23° Convegno Nazionale / 04.18

T. Sanò

Via Basento 58, Roma

INFLUENZA DI ALCUNI PARAMETRI SULL’AMPLIFICAZIONE SISMICA
               A SAN GIULIANO DI PUGLIA (CB)

Riassunto. Questo lavoro è stato sviluppato nell’ambito dello studio di microzonazione sismica di San
Giuliano di Puglia (CB), il comune maggiormente colpito dall’evento sismico del 31-10-2003. Un
aspetto fondamentale in studi di questo genere è la quantificazione dell’amplificazione del moto
sismico di riferimento. Lo scopo del lavoro è stato quello di studiare l’influenza sull’amplificazione di
alcuni aspetti importanti quali la scelta del moto sismico di riferimento, gli spessori e la geometria dei
corpi litologici, le caratteristiche meccaniche dei materiali e la direzione di arrivo delle onde sismiche.
Allo scopo sono state effettuate analisi numeriche in una e due dimensioni per due scenari possibili,
rispettivamente a basso ed alto livello di eccitazione sismica, anche modificando alcuni parametri e gli
schemi di calcolo. La prima conclusione importante è che le amplificazioni a basso livello di
eccitazione, come quello delle repliche registrate a San Giuliano di Puglia, sono drasticamente
differenti da quelle ad alto livello. Una seconda conclusione riguarda l’importanza di una accurata
definizione dei profili di velocità e della interpretazione delle indagini geotecniche e geofisiche
effettuate allo scopo sul sito.

            INFLUENCE OF A FEW PARAMETERS UPON THE SEISMIC AMPLIFICATION
                             IN SAN GIULIANO DI PUGLIA (CB)

Abstract. This work has been developed in the frame of the seismic microzonation studies of San
Giuliano di Puglia (Italy), which has been the most struck village during the 31-10-2003 seismic event.
The quantification of the amplification of reference seismic motion is a critical point of such studies. The
aim of this work is to investigate the effects of four important parameters, i.e. the choice of the reference
seismic motion, the soil layer thickness and geometry, the mechanical properties of soil materials and the
direction of impinging waves. 1D and 2D numerical analyses has been carried out for two different
scenarios, low and high intensity level, and for different parameters and numerical schemes. A key study
conclusion is that the amplification at low intensity, similar to that of the recorded aftershocks, are
dramatically different from that at high level. The other key conclusion shows the importance of a careful
definition of shear wave velocities and interpretation of in situ investigations.

      INTRODUZIONE

      Le caratteristiche stratigrafiche e le proprietà fisiche e meccaniche di terreni di un
sito possono modificare l’ampiezza, la durata e il contenuto in frequenza di un moto
sismico relativo ad una formazione rocciosa affiorante (moto sismico di riferimento),
      Il fenomeno, spesso denominato "effetto locale", è una delle cause più importanti
degli estesi danneggiamenti prodotti da alcuni terremoti ed è stato documentato in
moltissimi casi e messo in evidenza anche negli ultimi terremoti a partire da quello
dell’Umbria-Marche (1997-98). La quantificazione di tale effetto è ottenuta spesso
mediante analisi numeriche.
      Dal punto di vista ingegneristico il risultato delle analisi porta alla determinazione
dei coefficienti correttivi del moto sismico di riferimento, chiamati anche fattori di
amplificazione. Tali fattori servono a modificare un carico sismico di riferimento agente
sulle strutture, in funzione dell’assetto morfologico, geologico, geotecnico e della loro
variabilità, da punto a punto, nel sito esaminato. I fattori di amplificazione rispetto al

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moto sismico di riferimento, potranno essere utilizzati quindi come coefficienti
moltiplicativi del carico sismico di progetto e/o per la ricostruzione.
     Questo lavoro è stato effettuato in concomitanza e conseguenza delle attività di
microzonazione sismica del centro abitato del Comune di San Giuliano di Puglia di una
commissione istituita ad hoc dal Dipartimento di protezione civile. Nell’ambito della
microzonazione l’attività si è sviluppata secondo le seguenti fasi:

 •   Definizione dell’assetto geologico e geomorfologico dei siti allo scopo di definire il
     profilo geotecnico da utilizzare nelle successive analisi.
 •   Valutazione del moto sismico di riferimento.
 •   Analisi dell’amplificazione locale, cioè valutazione delle modificazioni che il moto
     vibratorio indotto dal sisma subisce per effetto dell’eterogeneità dei terreni e della
     morfologia del sito.
 •   Calcolo dei fattori di amplificazione locale.

       Nei capitoli che seguono si è sviluppato solo il terzo punto mentre degli altri si è
fatta solo una sintetica presentazione dei dati acquisiti. Sono stati considerati schemi di
analisi differenti mediante modificazione delle caratteristiche meccaniche degli strati più
superficiali. Tale operazione è stata la conseguenza del susseguirsi, in tempi successivi
nel poco tempo a disposizione della Commissione, dei dati geotecnici in situ ed in
laboratorio e della loro interpretazione. Le modifiche hanno comportato risultati
sostanzialmente differenti mettendo quindi in rilievo l’importanza dell’accuratezza dei
dati, della interpretazioni delle prove e della utilità di prove differenziate sul sito.
       L’analisi di amplificazione locale ha considerato sia il caso di eccitazioni a bassa
intensità, come quelle delle repliche registrate subito dopo la prima scossa del 31-10-
2002, sia un moto sismico di riferimento, a più alto contenuto energetico, coerente con
quello della normativa italiana. Quest’ultimo è stato ottenuto con un’analisi della
pericolosità in termini storico-probabilistici (spettro ad hazard uniforme con un periodo di
ritorno di 475 anni) Sono state adoperate come supporto le analisi di sismicità storica, le
informazioni di carattere sismotettonico e paleosismotettonico e la raccolta delle
eventuali registrazioni accelerometriche nell’area, allo scopo di una conferma della
adeguatezza del moto di riferimento adottato.
       Nei capitoli successive, dopo una breve descrizione delle caratteristiche del sito,
dei moti vibratori esaminati e dei metodi e strumenti di calcolo, vengono descritti i
risultati delle anali parametriche effettuate. Lo scopo è di evidenziare l’influenza
dell’intensità del moto di input, delle caratteristiche geologiche del sito, dello schema di
calcolo e della direzione di arrivo delle onde sismiche. Si è fatta l’ipotesi di poter
trascurar le altre incertezze ed in particolare quelle relative allo schema 2D utilizzato.
Infatti la conformazione del sito, descritto nel capitolo seguente, richiederebbe una
analisi tridimensionale che attualmente non è agevole effettuare

     CARATTERISTICHE DEL SITO

      San Giuliano di Puglia si estende in una zona collinare in parte su roccia ed in
parte su argilla. Morfologicamente, il centro abitato è caratterizzato da una piccola e
stretta dorsale che si estende da nord e si immerge verso sud. Il lato meridionale, ove
sorge il centro storico, si contraddistingue per una pendenza notevole che testimonia
quindi un carattere marcatamente litoide dei terreni ivi presenti (Fig. 1). L’assetto
geologico del paese è caratterizzato da un’ampia sinclinale che è costruita da almeno

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due formazioni (Fig. 2): la prima è assimilabile alla Formazione di Faeto ed è costituita
da calcari detritici, calcari marnosi e marne;la seconda formazione, argilloso-marnosa,
occupa il nucleo della sinclinale e costituisce il terreno di fondazione degli edifici della
zona di più recente costruzione.

Fig. 1 - Mappa geologica di San Giuliano di Puglia con indicazione delle sezioni oggetto di analisi.

      Nella Fig. 1 sono mostrate anche le tracce delle sezioni oggetto dell’analisi, nella
Fig. 2a e 2b sono schematizzate una sezione longitudinale (sezione 1) che è disposta
parallelamente al corso principale del paese ed una trasversale (sezione 4) ad essa
perpendicolare.

                                                   a                                                       b

Fig. 2 - a) Sezione 1; b) Sezione 4.

      Lo schema della Fig. 2b è molto simile a quello delle altre sezioni trasversali ed
insieme alla sezione 1 descrivono l’assetto strutturale dell’area come una sinclinale
ripiegata con al nucleo il materiale più argilloso. I materiali sono stati raggruppati in
classi litologiche con associato un profilo medio di velocità delle onde di taglio, Vs. Sulla
base di questa classificazione sono stati attribuiti valori del peso specifico e dello
smorzamento iniziale.
      Nella Tab. 1 sono riportati per ogni classe litologica i valori di Vs (velocità delle
onde di taglio) e peso specifico che servono per le analisi numeriche di amplificazione
locale.

Tab. 1 - Classi litologiche con i relativi valori di velocità delle onde S e del peso specifico.

    Classi litologiche     Valor medio di Vs (m/s)       Peso specifico (t/mc)      Smorzamento iniziale
    Argilla superficial.   250-700                       1.8-2.0                    0.02-0.01
    Argilla                700                           2.0                        0.01
    Calcari detritici      1200                          2.2                        0.005

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      I valori riportati per le argille. oltre che dalle indagini di laboratorio, provengono
anche dalle prove CPT dopo aver utilizzato opportune correlazioni e dalle prove di
down-hole. Queste ultime forniscono anche dei valori crescenti sulla roccia da 1000 a
1500 m/s, pertanto si è assunto il valore medio costante di 1200 m/s. I due valori
mostrati per l’argilla superficiale (nei primi 10-15 m) corrispondono ai due valori
esplorati successivamente nelle analisi numeriche. Infatti dalle prime interpretazioni
delle prove Down-Hole risultava per l’argilla un andamento costante di rigidezza,
corrispondente ad una velocità Vs intorno a 700-1000 m/s. Successivamente da una più
approfondita interpretazione dei dati e dal confronto con le prove CPT e dei dati di
laboratorio sui campioni rilevati nei primi 15 m, si è riconosciuta la presenza di uno
strato superficiale più soffice di spessore oscillante tra 10 e 15 m.
      Per quanto riguarda le leggi di variazione delle caratteristiche meccaniche dei
terreni, in funzione della deformazione di taglio indotta dal terremoto, sono state
effettuate analisi ad hoc in laboratorio solo sulle formazioni argillose; per il resto,non
avendo ancora dati di dettaglio, si sono fatte le seguenti ipotesi:

Fig. 3 - Andamento del modulo di taglio (a sinistra) e dello smorzamento percentuale (a destra) in
funzione della deformazione di taglio in percentuale.

      Per i calcari detritici (roccia) non si è considerata alcuna degradazione delle
proprietà del materiale. Per i terreni argillosi si è assunta una sola legge di
degradazione tra tutte quelle ottenute nelle analisi di laboratorio effettuate dal
Politecnico di Torino. È stata scelta in genere la curva più vicina al valore medio e/o più
prudenziale.
      Nella Fig. 3 sono riportate la curve di variazione del modulo di elasticità a taglio
normalizzato G/Go e dello smorzamento percentuale D% in funzione della
deformazione di taglio Y %. Le curve della Fig. 3 mostrano che la fase di
comportamento lineare del materiale si protrae per valori consistenti della deformazione
a taglio, intorno allo 0.01%, ma dopo la degradazione è piuttosto rapida. Questo
comporta che per piccole scosse o microtremori il materiale dissipa poca energia
anelastica e quindi amplifica fortemente il moto; viceversa, al crescere dell’intensità, la
dissipazione aumenta sensibilmente.

      MOTI VIBRATORI CONSIDERATI PER LE ANALISI

      La definizione del moto sismico di riferimento è un punto essenziale per la
microzonazione in quanto definisce il moto rispetto al quale si calcolano i fattori di
amplificazione. Un primo passo per definire il moto sismico di riferimento è stato fatto
calcolando il moto con un’analisi di pericolosità storico-probabilistica per un periodo di
ritorno di 475 anni (Lucantoni et al., 2001), cioè un evento severo con bassa probabilità

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di accadimento e che è congruente con quelli utilizzati per la zonazione del territorio
italiano e per la definizione degli spettri della normativa italiana.

Fig. 4 - Spettri di pericolosità con Tr = 475 anni, confrontato con quello della normativa per la zona
sismica 2, per un suolo rigido.

Fig. 5 - Confronto tra gli spettri registrati per magnitudo compresa tra 3.5 e 4.2.

      Nella Fig. 4 sono messi a confronto lo spettro della normativa per la zona sismica
2 su suolo rigido con quello ottenuto con l’analisi di pericolosità definita
precedentemente. Dalla differenza di livello si deduce che San Giuliano di Puglia si
pone verso il limite inferiore della classe.
      Le accelerazioni di picco al suolo (PGA) relative ai due casi: sono rispettivamente
0.17 g per lo spettro calcolato con l’analisi di pericolosità e 0.25 g per quello della
normativa.
      Allo scopo di confrontare gli effetti sulla risposta sismica in superficie dell’intensità
del moto, oltre a considerare un evento severo come quello corrispondente all’analisi
storico-probabilistica con un periodo di ritorno di 475 anni, si sono analizzate le

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registrazioni accelerometriche delle repliche che hanno colpito San Giuliano di Puglia
dopo il 31 ottobre 2002
      Nella Fig. 5 sono confrontati gli spettri di accelerazione medi delle repliche
registrate, in direzione N-S, nell’intervallo di magnitudo tra 3.5 e 4.2, nel centro storico
(roccia) e nella parte del paese di più recente costruzione (argilla) Si noti la grande
differenza di intensità tra i due siti e quindi l’effetto di amplificazione locale. Questa
analisi che utilizza l’input sismico a basso livello di intensità servirà anche a calibrare e
validare lo schema per le simulazioni numeriche.

     METODO DI ANALISI DELL’AMPLIFICAZIONE LOCALE

       Il primo problema nelle analisi di amplificazione locale è la definizione del sito di
riferimento rigido dove si ipotizza conoscere il moto non disturbato dalle condizioni
locali. Nel caso attuale, tenendo conto dei tipi di terreni presenti (cap. 2), il sito di
riferimento potrebbe essere la formazione rocciosa corrispondente ai calcari detritici,
cioè una roccia con velocità Vs di circa 1200 m/s affiorante, che è un valore medio tra
1000 in superficie e 1500 in profondità. Si ipotizza quindi che su tale sito sia conosciuto
il moto di input. Com’è gia stato detto, questo può essere il moto ottenuto con l’analisi di
pericolosità per un periodo di ritorno di 475 anni oppure un moto a più bassa intensità
come quelli registrati subito dopo la scossa principale. Sono stati utilizzati due
programmi numerici: PSHAKE, per le analisi monodimensionali, cioè per i casi di
stratigrafie piane e parallele, e BESOIL per le situazioni più complicate che richiedono
schematizzazioni bidimensionali.
       Alcune situazioni geologiche si differenziano dalle altre perché caratterizzate da
una configurazione a strati di terreno paralleli di sufficiente estensione. Esse si
prestano, pertanto, nel caso di onde sismiche piane incidenti verticalmente rispetto alla
superficie, ad una schematizzazione ad una sola dimensione del tipo applicato nel
programma SHAKE (Schnabel et al., 1972).
       Il modello fisico a cui quest’ultimo fa riferimento è:

 •   monodimensionale: il suolo è rappresentato da N strati piani e paralleli, di
     estensione orizzontale infinita, posti su un semispazio orizzontale (roccia di base).
 •   continuo: il terreno è schematizzato come un mezzo continuo multistrato in cui
     ogni strato è assunto omogeneo a comportamento viscoelastico; il basamento è
     considerato elastico. Ogni strato viene definito in base allo spessore H e alle
     proprietà dinamiche di rigidezza e smorzamento (G e D).

     In questo lavoro è stato usato il programma PSHAKE (Sanò e Pugliese, 1991;
Sanò et al., 1993), derivato da SHAKE, che permette di usare direttamente come input,
uno spettro di risposta invece di una storia temporale ed è, quindi, molto più pratico.
Poiché esso utilizza la teoria della dinamica aleatoria, fornisce risultati più generali che
non sono strettamente legati alla particolare storia temporale presa in considerazione
come input.
     Per studiare l’effetto topografico e le stratigrafie non piane e parallele, l’analisi
d’amplificazione locale deve essere effettuata con uno schema 2D. Allo scopo è stato
usato il programma di calcolo numerico BESOIL (Sanò, 1996).
     BESOIL si basa sul metodo degli elementi di contorno e si presta a risolvere
problemi di propagazione delle onde di qualsiasi tipo. Il metodo si serve della
conoscenza della soluzione della risposta di un spazio elastico indefinito al carico

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concentrato in un punto (soluzione di Green), per poter trasformare le equazioni
differenziali del moto, imponendo le condizioni al contorno, in un sistema di equazioni
algebriche. Il metodo, a differenza di quello agli elementi finiti, non richiede la
schematizzazione di tutto lo spazio in cui si ricerca la soluzione, ma solo il contorno e,
nel caso particolare in studio, richiede solo la superficie del terreno e i contorni delle
zone a proprietà meccaniche uniformi. In tal maniera si riduce il numero delle equazioni
da risolvere e quindi la complessità del problema
       Il programma BESOIL utilizza la formulazione del metodo indiretto della tecnica
degli elementi di contorno. Il dominio piano viene diviso in zone dove le caratteristiche
meccaniche sono omogenee. Onde elastiche vengono generate dalle discontinuità del
terreno e dall’interfaccia con l’aria (contorni di domini omogenei) mediante sorgenti
puntiformi distribuite sui contorni stessi (Sanchez-Sesma e Campillo, 1991; Sanchez-
Sesma et al., 1993). Sebbene questo metodo sia indicato in letteratura come metodo
indiretto, esso permette di capire meglio il fenomeno fisico rispetto al metodo diretto.
Infatti, le onde diffratte vengono costruite proprio sulle discontinuità dove esse sono
fisicamente generate. Imponendo le condizioni al contorno di continuità sia sulla
superficie libera, sia all’interfaccia tra le zone, si ottiene un sistema di equazioni integrali
con incognite le sorgenti. Usando uno schema di discretizzazione degli integrali, si
ottiene un sistema di equazioni algebriche che, una volta risolte, permettono di ottenere
l’intensità delle sorgenti e quindi i valori di spostamento, velocità ed accelerazione,
nonché le trazioni in ogni punto. Il calcolo è effettuato nel dominio delle frequenze e
utilizza la teoria della dinamica aleatoria; pertanto è possibile usare in input
direttamente anche uno spettro di risposta o di densità di potenza (Sanò et al., 1993).

Fig. 6 - Schema della Sezione 1 ricostruita per il programma BESOIL .

      Nel presente lavoro si è fatta l’ipotesi che il moto di riferimento sia costituito da
onde di taglio S provenienti dall’infinito; nella Fig. 6 è mostrata l’incidenza verticale.
Nelle analisi di microzonazione sono stati esplorati i due casi, nel primo il moto è
costituito da onde SH (cioè la direzione del moto delle particelle del terreno è
perpendicolare al piano della Fig. 6). Nel secondo è stato considerato il moto delle
particelle nel piano della Fig. 6 (onde SV). Congruentemente, la prima analisi fornisce il
moto vibratorio in direzione perpendicolare al piano della figura, mentre la seconda
fornisce quello nel piano.
       In questo rapporto sono mostrati solo i risultati relativi al moto nel piano della
figura.

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     RISULTATI DELLE ANALISI

     Calibrazione mediante analisi monodimensionali

      Le analisi monodimensionali hanno avuto un duplice scopo. Il primo è stato quello
di calibrare lo schema 2D di BESOIL che utilizza zone di terreno omogenee e pertanto
non può trattare agevolmente valori crescenti continuamente con la profondità dei
parametri meccanici, ma una distribuzione a tratti costanti. PHAKE è servito a
identificare una equivalenza tra i due schemi.
      Il secondo scopo dell’analisi 1-D con PSHAKE è stato quello di definire le
caratteristiche meccaniche dei terreni in condizioni di alta deformazione di taglio, cioè
sotto l’eccitazione dovuta ad un terremoto avente un periodo di ritorno di 475 anni.
Sono state esplorate due verticali e i risultati mostrano che:

 •   per l’argilla superficiale la Vs passa da 250 a 200 m/s e lo smorzamento diventa
     pari al 10%,
 •   per l’argilla la Vs passa da 700 a 620 m/s e lo smorzamento diventa pari al 7%.

      Il livello di deformazione efficace del terreno arriva, ma solo in alcuni punti, a dei
valori pari a 0.07% nella zona superficiale e a 0.028% in profondità, ma naturalmente si
sono assunti dei valori medi. Naturalmente nel caso di eccitazione a bassa intensità le
caratteristiche meccaniche del terreno non sono degradate. Un confronto delle analisi
monodimensionali a bassa intensità con quelle bidimensionali è riportato nel prosieguo.

     Analisi bidimensionali per la microzonazione

      Le analisi bidimensionali sono state effettuate in due fasi la prima delle quali ha
permesso di verificare la bontà del modello stesso. Inizialmente la sezione longitudinale
è stata analizzata con un moto sismico alla roccia affiorante derivante dalle registrazioni
accelerometriche (basso livello energetico) e i risultati sono stati confrontati con i valori
registrati su argilla. Successivamente sono stati analizzate tutte le sezioni con il moto
derivante dall’analisi di pericolosità storico-probabilistica (alto livello energetico).
      In questo capitolo sono mostrati i risultati sia per la sezione 1 (Figg. 2 e 6) sia per
le sezioni trasversali B e 4. Nello schema della Fig. 6 è mostrato, in colore più scuro, il
calcare detritico, che è piegato a tal punto da costituire insieme alle argille una
sinclinale su cui giace in superficie uno strato di 10-15 m di un materiale, anch’esso
argilloso, ma più soffice. Sul calcare detritico, stazione A, giace il centro storico mentre
la parte più recente del paese è costruita sull’argilla (stazioni di calcolo B-I). Per la
microzonazione si è assunta una incidenza delle onde verticale rispetto la superficie del
terreno.

     Analisi preliminari della sezione 1 senza strato superficiale soffice.

      Nella fase preliminare sono stati utilizzati i dati ottenuti dalle indagini Down-Hole,
senza che essi fossero rianalizzati criticamente, che indicavano per le velocità
dell’argilla un andamento quasi costante con la profondità intorno a 700 m/s. I risultati
delle analisi con BESOIL sono mostrati nella Fig. 7.

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      Nella figura si confrontano i valori di accelerazione registrati durante le repliche dei
giorni successivi al 31-10-2003 (in figura “moto registrato su argilla”) e i valori di
accelerazione calcolati con le simulazioni numeriche nelle stazioni indicate nella Fig. 6.
      Si noti che il calcolo numerico non riesce a riprodurre i valori registrati, se non nei
periodi molto alti, intorno a 0.5 s dove l’effetto di amplificazione è dovuto alla forma
complessiva della sinclinale piuttosto che alle caratteristiche meccaniche del terreno.

Fig. 7 - Risultati nel caso di assenza di uno strato superficiale soffice confrontati con i valori registrati.

Fig. 8 - Risultati nel caso di presenza di uno strato superficiale soffice confrontati con i valori registrati.

      Analisi della sezione 1 con strato superficiale soffice e moto sismico a basso
      contenuto energetico

     L’analisi è stata ripetuta con il nuovo schema di Fig. 6 in cui, uno strato
superficiale di terreno più soffice, oscillante tra 10 e 15 m, si sovrappone alla struttura

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sinclinalica. Le caratteristiche meccaniche di questa parte superficiale sono state
ricavate dopo un attento riesame dei dati di Down-Hole e confortate dai dati di
laboratorio e dai valori di CPT, che hanno permesso di ricavare alcuni profili di Vs
mediante correlazioni. I risultati delle analisi di questo nuovo caso sono riportati nella
Fig. 8.
      Come si vede, in questo caso esiste un buon accordo tra le simulazioni numeriche
e i dati registrati In particolare, si noti il risultato della stazione F che è sufficientemente
prossima alla stazione accelerometrica disposta nelle sue vicinanze. Esiste, però,
qualche differenza per i bassi periodi, corrispondenti a frequenze maggiori di 15 Hz,
dove lo schema utilizzato sembra leggermente insufficiente. Infatti, per riprodurre lo
spettro su tali periodi occorrerebbe una descrizione più dettagliata degli elementi di
contorno, ma tale campo di periodi è poco interessante per le conseguenze sul
costruito. Va notato che l’alta amplificazione rispetto al moto di riferimento in
corrispondenza del centro storico, evidente sia nei dati registrati sia nei valori calcolati,
è giustificata dal basso livello di eccitazione.

     Confronto dei risultati nel caso di moto sismico a basso e ad alto contenuto
     energetico

       Nella fase successiva sono stati calcolati i moti vibratori nelle varie stazioni a
seguito di una eccitazione ad alto contenuto energetico corrispondente ad un evento
con periodo di ritorno di 475 anni (Fig. 4).
       I risultati delle analisi sono riassunti nei diagrammi delle Figg. 9 e 10
rispettivamente nelle condizioni di onde SV ed SH, cioè di moto nel e fuori dal piano
della figura. Vi è riportato sia lo spettro di risposta di input, cioè quello di riferimento, sia
la risposta in differenti punti di interesse. Si noti che la risposta, a causa della
conformazione della valle, cioè della forma degli strati profondi e della topografia,
spostandosi verso il centro della parte del paese costruita più recentemente, passando
cioè dalle stazioni B ad F, cambia il suo contenuto energetico verso i periodi più alti
congruentemente con la profondità della zona argillosa. Il massimo della risposta si
ottiene, a parte la stazione B, al centro del bacino (stazione E ed F) indicando una certa
focalizzazione delle onde sismiche. Viceversa dall’analisi delle altre sezioni, non
mostrate per brevità in questo rapporto, non sembra essere importante l’effetto
topografico. Ciò è dovuto all’acclività poco pronunciata della superficie del terreno.
L’alta amplificazione nella stazione B è concentrata solo sui bassi periodi ed è causata
dalla sua posizione in prossimità del bordo della valle.
       Va notata inoltre la differenza tra la risposta ad un evento ad alto contenuto
energetico (Fig. 9) rispetto a quello dovuto alle repliche (basso contenuto energetico)
(Fig. 8). Tale differenza è più evidente esaminando i fattori di amplificazione.
       Questi ultimi sono definiti come rapporti degli indici di Housner tra il moto in
superficie e quello di riferimento (input). L'indice di Housner è calcolato mediante
l'integrale dello spettro di risposta di pseudo velocità, PSV, nell’intervallo di periodi di
interesse Ti-Tf. Tale intervallo nella definizione originaria vale 0.1-2.5 s, ma in questo
rapporto si è fatto riferimento a 0.1-0.5 che è di interesse per le strutture in muratura:
       Nella Fig. 11 è riportato il caso dell’evento calcolato con l’analisi di pericolosità e
nella 12 quello corrispondente alle repliche. La differenza nei due casi è notevole: al
centro della valle i fattori di amplificazione sono inferiori a 1.7 per l’evento con periodo di
ritorno di 475 anni , mentre arrivano a valori di circa 4 nel caso dell’evento calcolato
dalle repliche. Tali ultimi valori calcolati numericamente sono prossimi a quelli calcolati

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con i dati registrati sia accelerometrici sia sismometrici dopo la scossa principale (lavoro
della commissione tecnico scientifica istituita dalla Protezione Civile nell’aprile 2003)

Fig. 9 - Risposta nelle stazioni (Fig. 6) per Tr = 475, onde Vs.

Fig. 10 - Risposta nelle stazioni (Fig. 6) per Tr = 475. Onde SH.

Fig. 11 - Fattori di amplificazione nelle stazioni (Fig. 6) per l’evento con Tr = 475. Onde SV.

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Fig. 12 - Fattori di amplificazione nelle stazioni (Fig. 6) per basse intensità. Onde SV.

      Confronto dei risultati tra gli schemi 1D e 2D.

      I risultati dell’analisi precedente a basso contenuto energetico sono stati
confrontati con quelli di una analisi 1D tipo SHAKE nell’ipotesi che il terreno sia a strati
piani e paralleli con le caratteristiche del centro della valle (stazione F).
      I risultati sono mostrati nella figura seguente.

Fig. 13 - Confronto tra i dati registrati e quelli calcolati nel caso monodimensionale e bidimensionale
(quest’ultimo indicato con stazione F).

      Essi mostrano che probabilmente nel caso 1D non si riesce a tener conto della
focalizzazione delle onde al centro della valle.

      Effetto dello strato di argilla in profondità

     È stato eliminato il contrasto tra la roccia e l’argilla compatta in profondità in modo
da esaminare l’effetto della forma a conca degli strati profondi.

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      Il metodo utilizzato, come nel caso della sezione 1, è stato di servirsi della
registrazione su roccia (stazione A della Fig. 6) corrispondente alla chiesa nel centro
storico, per ottenere per convoluzione il moto incidente e utilizzare quest’ultimo per
calcolare il moto sulla valle.
      Sono state effettuate due analisi considerando solo lo strato superficiale,
eliminando il contrasto in profondità, in un primo caso assegnando all’unico materiale
profondo una rigidezza corrispondente a Vs = 700 m/s e nel secondo caso una Vs =
1200 m/s.
      I risultati sono mostrati nelle figure seguenti.

Fig. 14 - Caso con Vs della roccia di base uguale a 700 m/s.

Fig. 15 - caso con Vs della roccia di base uguale a 1200 m/s.

      Si nota la maggiore amplificazione nel secondo caso dovuta al contrasto più forte
tra la roccia di base e lo strato superficiale. Inoltre, dal confronto con i risultati
precedenti (Fig. 8) si evidenzia una minore amplificazione nel campo delle basse
frequenze cioè dei periodi intorno a 0.4-0.5 s ed una concentrazione dell’amplificazione

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intorno ai periodi di 0.15-9.25 corrispondenti alla frequenza propria dello strato
superficiale.

      Effetto della direzione dell’onda incidente

     Le sorgenti della maggior parte delle repliche si trovano circa nel piano delle
trasversale. Per tale ragione sono state esaminate le sezioni trasversali 4 e B il cui
schema di calcolo è mostrato nelle figure seguenti

Fig. 16 - Schema della sezione 4.

Fig. 17 - Schema della sezione B.

      Come nei casi precedenti è stato considerato il moto in direzione longitudinale,
cioè perpendicolare al piano delle figure.
      Sono state fatte tre analisi con gli angoli di incidenza α pari a 0°, 40° e 50° sia
usando come input il valore usato nelle analisi precedenti, cioè quello medio delle
repliche con magnitudo compresa tra 3.5 e 4.2, sia una singola replica, quella dell’11
novembre 2002 alle ore 19.13 di magnitudo 3.3. Nel primo caso i risultati sono mostrati
nelle Figg. 18, 19 e 20 e nel secondo nelle 21, 22 e 23. Vi sono solo rappresentati gli

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spettri di risposta in accelerazione nelle stazioni C e D della Fig. 16. Tali stazioni sono
prossime alla stazione F della sezione 1 (Fig. 6).
      È da tener presente che il calcolo prevede che il moto sulla roccia (stazione A
della Fig. 17) sia mantenuto inalterato.

Fig. 18 - Input medio incidenza di 0°.

Fig. 19 - Input medio incidenza di 40°.

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Fig. 20 - Input medio incidenza di 50°.

Fig. 21 - Evento dell’11 nov. α=0°.

Fig. 22 - Evento dell’11 nov. α =40°.

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Fig. 23 - Evento dell’11 nov. α =50°.

      Dall’esame delle figure si nota:

  •   I risultati calcolati con incidenza verticale per la sezione 4 sono prossimi a quelli
      della sezione 1 a parità di input, essendo i primi calcolati con onde SH incidenti ed
      i secondi con onde SV. Ciò è visibile dal confronto tra le Figg. 8 e 18.
  •   In tutti e due i casi, moto di input medio e quello dell’11 novembre, al crescere
      dell’incidenza la risposta aumenta sull’argilla a parità di quella su roccia. Questo è
      probabilmente dovuto al fatto che, all’aumentare dell’angolo di incidenza,
      diminuisce il moto orizzontale su roccia (per effetto topografico) più di quanto
      diminuisca su argilla.
  •   Nel caso del singolo evento sismico si nota di meno l’amplificazione nel campo dei
      periodi intorno a 0.5 s, già messa in evidenza precedentemente, per effetto del
      basso contenuto energetico del moto sismico di input in tale campo di periodi.

     Va notato che la tendenza ad aumentare la risposta relativa (tra argilla e roccia) al
crescere dell’angolo di incidenza è stata ottenuta anche nelle analisi degli altri eventi
non riportate in questo lavoro.

      CONCLUSIONI

      Lo scopo del lavoro è stato quello di studiare l’influenza sull’amplificazione sismica
di alcuni parametri: l’intensità del moto sismico di riferimento, gli spessori e la geometria
dei corpi litologici, le caratteristiche meccaniche dei materiali e l’angolo di incidenza
delle onde. Le principali conclusioni sono:

  •   la descrizione delle caratteristiche fisico-meccaniche dei materiali riveste una
      grande importanza nella risposta sismica locale e pertanto una particolare cura va
      posta sia nelle prove in situ e di laboratorio, sia nell’interpretazione delle prove
      stesse;
  •   la descrizione della geometria degli strati di suolo nelle analisi numeriche
      rappresenta un altro parametro critico. La conformazione a sinclinale degli strati

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      profondi del terreno ha prodotto, oltre a una differenziazione sostanziale della
      risposta da punto a punto, una focalizzazione delle onde verso il centro del bacino.

      I risultati ottenuti per bassa ed alta intensità dell’eccitazione sismica sono
differenti. Al crescere dell’intensità il grado di deformazione del terreno cresce e
pertanto diminuisce la sua rigidezza ed aumenta la dissipazione. Il primo effetto
comporta un aumento del periodo di massima risposta ed il secondo una riduzione della
stessa. L’effetto può essere molto evidente come nel caso studiato.
      L’effetto dell’angolo di incidenza delle onde sismiche è, come è noto,
preponderante nella risposta dei terreni specie in condizioni topografiche molto
articolate. Anche nei casi esaminati, pur essendo l’acclività poco pronunciata della
superficie del terreno, si è notata una notevole influenza della direzione di arrivo delle
onde.
      Da quanto sopra detto si evidenzia, oltre la necessità di accurate indagini sul
terreno e della interpretazione delle prove, anche la cautela nell’utilizzare i metodi
speditivi che si servono dei dati registrati in situ per basse eccitazioni e che a volte
vengono usati per quantizzare l’amplificazione locale.

                                             BIBLIOGRAFIA

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