Progettare un sistema antisismico: Sottosuolo e Topografia del sito

Vediamo, nel presente articolo, come il sottosuolo e la topografia del sito influenzino la risposta sismica in maniera non trascurabile e di conseguenza il dimensionamento degli elementi resistenti al sisma per rendere un sistema antisismico.

In generale gli effetti di un terremoto diminuiscono di intensità all’aumentare della distanza dall’epicentro (punto della superficie sulla verticale dell’ipocentro, dove è avvenuto il movimento che ha generato il terremoto), ma possono essere notevolmente diversi a seconda delle caratteristiche dell’area considerata:

per un dato terremoto ogni sito ha una risposta differente, come pure uno stesso sito ha risposte diverse durante i diversi terremoti che possono colpire l’area: la variabilità delle risposte è da ricondurre alle caratteristiche geologiche (stratigrafia del terreno), morfologiche (forme che costituiscono il rilievo del terreno) e geotecniche (proprietà meccaniche del terreno) del sito, o meglio alle condizioni locali che a scala locale possono modificare più o meno intensamente le caratteristiche dello scuotimento sismico, e dei cosiddetti “effetti co-sismici” e “effetti post-sismici”, cioè quei fenomeni che vengono innescati dal terremoto durante e dopo il suo verificarsi. Quindi gli effetti del terremoto non dipendono solo dall’energia liberata (magnitudo) e dalla distanza dall’ipocentro, ma anche dal tipo e dall’assetto dei materiali geologici attraversati.

L’azione di tali caratteristiche, può essere valutato attraverso il rapporto tra il moto sismico nel sito e quello che si osserverebbe per lo stesso terremoto in una roccia rigida pianeggiante: se questo rapporto è maggiore di 1, si parla di amplificazione.

La stratigrafia e la topografia di un sito viene classificata secondo quanto segue:

1. Categorie di sottosuolo (Cs) :

cinque sono le categorie distinte, caratterizzate da rigidezza decrescente, stimata in base ai valori della velocità equivalente di propagazione delle onde di taglio entro i primi 30m di profondità ( V_S,30 )

2. Categorie topografiche (Ct) :

quando la superficie del terreno assume configurazioni superficiali semplici, si può adottare una classificazione topografica come qui di seguito riportata, altrimenti sarà necessario predisporre specifiche analisi di risposta sismica locale.

Tali categorie topografiche si riferiscono a configurazioni geometriche prevalentemente bidimensionali, creste o dorsali allungate, e devono essere considerate nella definizione dell’azione sismica se di altezza maggiore di 30 m.

Una volta reperite le categorie che caratterizzano il nostro sito, e tali informazioni sono note sia al geologo che al progettista strutturale della costruzione che ospiterà il sistema antisismico, siamo in grado di determinare rispettivamente il coefficiente di amplificazione stratigrafica, il coefficiente di amplificazione topografica e quindi il fattore di amplificazione sismica locale:

1. Coefficiente amplificazione stratigrafica (S_S) :

parametricamente, l’amplificazione dell’azione sismica dovuta agli effetti stratigrafici, varia a seconda della categoria di sottosuolo (Cs), e per ciascuna di questa dal valore dell’accelerazione orizzontale massima attesa ( a_q ) e dell’ amplificazione spettrale massima ( F₀ ), come riportato nella tabella qui di seguito:

Un’osservazione da fare è relativa all’andamento del coefficiente S_S in funzione della categoria di sottosuolo (Cs) e della pericolosità sismica del sito (F₀ x a_g ): a parità di categoria di sottosuolo, l’andamento di S_S è caratterizzato da due tratti orizzontali, rispettivamente per bassi ed elevati valori di pericolosità sismica, raccordati da un segmento di retta che descrive il decremento lineare di S_S; in genere, a parità di pericolosità sismica del sito, i valori di S_S si incrementano al decrescere della rigidezza del sottosuolo, passando dal sottosuolo di categoria A al sottosuolo di categoria E.

2. Coefficiente amplificazione topografica (S_T) :

parametricamente, l’amplificazione dell’azione sismica dovuta agli effetti topografici, varia a seconda della categoria topografiche (Ct) come mostrato dalla tabella e dall’immagine seguente:

La variazione spaziale di tale coefficiente è definita da un decremento lineare con l’altezza del pendio o rilievo, dalla sommità o cresta fino alla base dove S_T assume valore unitario.

Concludiamo dicendo che nota la caratterizzazione geomorfologica e la pericolosità sismica del sito, possiamo determinare di quanto l’azione sismica viene amplificata per “effetti di sito”.

Seguirà l’esamina dell’ultimo gruppo di parametri, riguardante la condotta che, insieme al capitolo relativo alla costruzione ospitante, alla pericolosità del sito già esaminati in precedenza, concorreranno nella determinazione della domanda sismica con la quale dimensionare gli elementi resistenti al sisma, quali controventi trasversali e longitudinali.