La componente sismica verticale è sempre da considerare perchè rilevante vicino e lontano dalla sorgente

I CONTENUTI IN BREVE

  • L'analisi degli accelerogrammi dei terremoti strumentati dal 1976 (Friuli) ad oggi, eseguita nel presente articolo, dimostra la contemporaneità delle componenti orizzontali e verticale, sia in zone vicine alla sorgente del terremoto (near-fault), sia in zone più lontane (far-fault)
  • Elaborazioni numeriche e grafiche sugli accelerogrammi, condotte con metodi appositamente messi a punto dagli Autori, evidenziano la natura fisica tridimensionale del moto sismico: l'accelerazione è una grandezza vettoriale costituita in modo inscindibile da tre componenti, due orizzontali e una verticale
  • Gli eventi sismici analizzati sono, in ordine cronologico a partire dal più recente:
    • Italia Centrale, 30.10.2016; Accumuli, 24.08.2016; Emilia, 29.05.2012; L'Aquila, 06.04.2009; 
    • Umbria-Marche, 26.09.1997; Irpinia, 23.11.1980; Valnerina, 19.09.1979; Friuli, 06.05.1976
  • La giusta rilevanza della componente verticale del sisma nella Normativa tecnica vigente

sisma-verticale-immagine-1.JPG

sisma-verticale-immagine-2.JPG

sisma-verticale-immagine-3.JPG

sisma-verticale-immagine-4.JPG

Lo studio del ruolo dell'accelerazione verticale nel fenomeno sismico, suscitato dai presenti Autori, e dei suoi effetti sul comportamento delle strutture, è recentemente divenuto oggetto di grande attenzione da parte del mondo professionale e di quello accademico. Si è mostrato come, a partire dal riconoscimento del fenomeno fisico, sia possibile attuare, attraverso strumenti professionali, un percorso progettuale pienamente coerente con le Normative tecniche vigenti. 

Affinché la componente verticale venga definitivamente integrata nella generalità delle progettazioni antisismiche si rivela opportuno un ulteriore passo: un'analisi di rilevanza delle accelerazioni verticali in funzione della distanza geografica dalla faglia di origine del terremoto.
Con riferimento ad una serie di eventi significativi, il presente lavoro indaga sulle accelerazioni al suolo registrate in siti posti a distanze variabili dalla sorgente, teso verso lo studio delle variazioni di accelerazione al fine di inquadrare le forze di natura impulsiva che si manifestano nel corso del moto sismico, oggetto della prossima pubblicazione dei risultati della ricerca in atto.
Lo studio rivela che per la caratterizzazione del moto sismico risulta ovunque indispensabile includere la componente verticale sia vicino alla sorgente (near-fault), che lontano dalla stessa (far-fault). 

Analisi di accelerogrammi eseguita in funzione della distanza rispetto alla sorgente sismica

Gli eventi sismici analizzati sono indicati nella tabella sottostante, in ordine cronologico a partire dal più recente. 

sisma-verticale-tabella.JPGPer ognuno dei terremoti elencati in tabella sono state condotte le seguenti elaborazioni:

  1. confronto delle componenti PGA a distanze crescenti dall'epicentro, con riferimento ai valori massimi registrati da ogni singolo strumento;
  2. accelerogrammi dei siti evidenziati nel grafico di cui al punto precedente, con osservazione della fase temporale significativa ed ingrandimento di alcuni suoi intervalli espressivi del  fenomeno;
  3. elaborazioni spaziali degli accelerogrammi, con particolare attenzione alle variazioni di intensità e di direzione dell'accelerazione al suolo;
  4. confronto sulle variazioni di intensità e di direzione dell'accelerazione in presenza e in assenza della componente verticale, a distanze crescenti dall'epicentro.

sisma-verticale-immagine-5.JPG
sisma-verticale-immagine-6.JPG

Rappresentazione delle componenti dell'accelerazione. La registrazione di un dato evento sismico viene spesso rappresentata mostrando separatamente le tre componenti di accelerazione (E-W, N-S, Vert) in funzione del tempo. Nella presente ricerca, i tre accelerogrammi sono invece sempre sovrapposti, in modo tale da evidenziarne la contemporaneità e consentire il confronto diretto fra le componenti.  

Il vettore accelerazione 

Rappresentazione della traiettoria descritta dal vettore accelerazione. La spazialità del moto sismico è inoltre mostrata da una curva (traiettoria) in 3D, tracciata, istante per istante, dall'estremo del vettore accelerazione: le tre singole componenti sono le proiezioni di una unica grandezza vettoriale. In questa maniera è rappresentato il reale input dinamico che il suolo trasmette alle costruzioni sovrastanti investite da forze inerziali spaziali, dipendenti dal tempo in intensità e in direzione.
L'immagine seguente illustra i criteri di rappresentazione degli accelerogrammi nelle viste tradizionale 2D e spaziale 3D, relazionate in corrispondenza di un istante t (19.295 s) dell'evento in studio. 

sisma-verticale-immagine-7.JPG  

La curva tridimensionale descrive efficacemente le variazioni di accelerazione nel corso dell'evento sismico, come intensità (distanza del punto dall'origine) e come direzione (angolo fra vettori consecutivi).
Ignorando la componente verticale, la curva si riduce alla sua proiezione nel piano orizzontale XY (curva formata dalle sole componenti EW e NS).

In figura seguente si riporta il confronto fra la curva 3D (a) e la sua proiezione nel piano orizzontale XY (EW-NS) (b); le immagini sono riferite alla stazione dell'evento in corso di analisi.

sisma-verticale-immagine-8.JPG

Il confronto fra la curva 3D e la sua proiezione sul piano orizzontale rende evidente il contributo della componente verticale all'accelerazione reale.

sisma-verticale-immagine-9.JPGPer cogliere più in dettaglio l'effetto della componente verticale, nelle immagini successive sono riportate le proiezioni del grafico in 2D sui piani orizzontale XY (EW-NS) (c), verticale XZ (EW-VERT) (d) e verticale YZ (NS-VERT) (e): gli andamenti delle tre proiezioni evidenziano valori simili dell'accelerazione per tutte e tre le componenti.   

sisma-verticale-immagine-10.JPG

Il piano XY (EW-NS) (a) mostra la traiettoria dell'accelerazione riferita alle sole componenti orizzontali, che tra loro sono equiparabili. Il piano XZ (EW-VERT) (b) mostra la traiettoria del vettore generato dalle due componenti orizzontale EW e verticale: i valori dell'accelerazione verticale (lungo l'asse delle ordinate) sono risultati comparabili con quelli dell'orizzontale (lungo l'asse delle ascisse); analoghe considerazioni valgono per il piano YZ (NS-VERT).

E' fondamentale rilevare il carattere caotico delle traiettorie del vettore accelerazione, generato dalle sue variazioni di intensità e direzione.

Nell'immagine seguente sono riepilogati i parametri rappresentativi del terremoto.

sisma-verticale-immagine-11.JPG  

Comparazione delle traiettorie del vettore accelerazione fra stazioni poste a distanze dalla sorgente crescenti

Nell'immagine seguente è illustrata la comparazione delle traiettorie del vettore accelerazione fra stazioni poste a distanze dalla sorgente crescenti (procedendo da sinistra verso destra). L'allontanamento dalla sorgente corrisponde all'attenuazione dell'intensità del fenomeno. La traiettoria del vettore accelerazione mantiene a tutte le distanze la forma spaziale e ciò indica la presenza ovunque rilevante della componente verticale.

sisma-verticale-immagine-12.JPG  

[...] continua la lettura dell'articolo nei due documenti scaricabili di seguito, il primo contenente l'articolo integrale (ALLEGATO) il secondo contenente le elaborazioni numeriche e grafiche (ALLEGATO 1) .


GLI AUTORI

Massimo Mariani - Studio Ricerche Applicate - Perugia, www.massimomarianistudio.com 
Francesco Pugi - Ricerca e Sviluppo di AEDES Software, www.aedes.it