Scenari di scuotimento sismico per terremoti di magnitudo ...esse3.mi.ingv.it/documenti/scenari_garda.pdf · terremoti di magnitudo moderata: il terremoto di Salò del 24 Novembre

Meeting INGV-MI / EUCENTRE, 30 marzo 2007, INGV-Milano

ScenariScenari didi scuotimentoscuotimento sismicosismico per per terremotiterremoti didi magnitudomagnitudo moderatamoderata::

ilil terremototerremoto didi SalòSalò del 24 del 24 NovembreNovembre 20042004

Gianlorenzo Franceschina, Vera PessinaIstituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Sezione di Milano-Pavia

Meeting INGV-MI / EUCENTRE30 marzo 2007 INGV - Milano


DPC_INGV 2004-2006

S3 – Scenari di scuotimento e di danno in areeestrategiche

Garda e MoliseGarda e MoliseValidazione

Gubbio e PotenzaGubbio e PotenzaPrevisione


Informazioni preliminari e datiArea66 comuni interessati dall’evento del 24 Novembre 2004, ML 5.2 (MW5.0)

Classificati in ZonaZona 3 e 3 e ZonaZona 22

Classificazione 1984 Classificazione 2003

IS (MCS)

5

5.5

6

6.5

7

7.5

8

8.5

9

9.5

10

1800 1900 2000

Storia sismica a Salò

Campo macrosismico evento 30.10.1901


Informazioni preliminari e dati: il campo macrosismico

Forte Forte dipendenzadipendenzaazimutaleazimutale

Con intensità più elevate in un’area di 10x10 km2

localizzata a SO dell’epicentro

Grande Grande dispersionedispersionedeidei valorivalori

(variabili da V a VII-VIII) nei primi 10 km didistanza epicentrale

GVD


Analisi dei dati macrosismici

Caratterizzazione geologica 1:500.000(successivamente 1:100.000)

0-45°

45-90°


Scenari da sorgente puntiforme (livello 0)

Metodi

1. Legge di attenuazione in intensità

2. Legge di attenuazione dei parametri strong motion + conversione in intensità

Parametri di simulazione:

1. Magnitudo

2. Distanza ipo/epicentrale

3. Per ogni ZS (*) D0 (raggio equivalente dell’isosisma più elevata)di(raggio equivalente in km dell’isosisma di intensità I)

4. Caratteristiche geologiche/geotecniche


livello 0: LA intensità

Grandori et al. 1991I0 – I = 0 se d < Do

se d > Do⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

−+=− 111ln

)ln(1

000 D

dY

YY

II i

Faccioli e Cauzzi, 2006)2ln(*6547.0*25666.10157.1 22 +−+= rMI W


livello 0: LA parametri strong motion + conversione in intensità

Mss07 (Massa et al. 2007) valida per l’Italia centro-settentrionale (ML < 5, distanze ipocentrali< 300 km), amax e vmax.

SP96 (Sabetta e Pugliese, 1996) valida perM < 6.8 e distanze entro i 100 km, amax e vmax.

Amb05 (Ambraseys et al., 2005) per MW ≥ 5 e distanza JBFminore di 100 km. amax e Sa.

Ma92 (Margottini et al., 1992):dati Italiani, valida fino a intensità VII.

FC06_ amax e FC06_ vmax (Faccioli e Cauzzi, 2006): basate sulla stessa base dati di Ma92, allargata ad eventi di intensità maggiore di VIII, calcola l’intensità in funzione di amax e vmax.


livello 0: Considerazioni ed applicabilitàGenerazione di scenari in fase di emergenza immediatamente dispoGenerazione di scenari in fase di emergenza immediatamente disponibili a nibili a

seguito di un terremotoseguito di un terremoto

Scenari calcolati direttamente in intensità

scenari derivati dalla stima di parametri strong-motion: le analisi non finalizzate al riconoscimento di uno, o pochi, scenari rappresentativi, quanto all’individuazione di leggi di conversione in intensità, che possono rendersi utili nelle stime di scuotimento in tempo reale (con possibili interazioni nel progetto DPC-INGV S4).

Ma92_G Ma92_L FC06 FC06

Mss07 -2.0 ± 1.7 -1.9 ± 1.3 -0.2 ± 0.6 Mss07 -0.2 ± 0.6

SP96 0.8 ± 1.0 0.4 ± 0.8 0.8 ± 0.5 SP96 0.6 ± 0.5

Amb05 0.9 ± 1.5 0.5 ± 1.2 0.8 ± 0.6

: l’analisi della variabilità dei risultati ha permesso di fornire utili indicazioni sulla scelta delle relazioni da adottarsi in funzione dell’applicabilitàultima dello scenario.

-0.8 ± 0.6-0.1 ± 0.625km

-0.6 ± 0.80.0 ± 0.7100 km

Gr91FC06

amax vmax


Scenari da sorgente estesa (livello I)

1. Necessità

2. Metodo

3. Parametri di simulazione

4. Risultati: validazione dei modelli predittivi

5. Risultati: scenari predittivi


• Salò, 24/11/2004 Mw = 5.0

anisotropia del campo macrosismico

1. Necessità

• Molise, 31/10/2002Mw = 5.7

diverso livello di scuotimento a paritàdi distanza


2. Metodo(Pacor et al., 2005)

Simulazioni di alta frequenza (f>1 Hz) mediante ilMetodo Deterministico-Stocastico (DSM).

• DSM implementa il Point-Source Stochastic Method (PSSM) di Boore (1983), includendo gli effetti di propagazione della rottura su una faglia estesa.

• Gli effetti di faglia finita vengono considerati attraverso la teoria delle isocrone(Spudich & Frazer, 1984; Bernard & Madariaga, 1984), e vengono inclusi nellasimulazione attraverso il calcolo 1) dell’inviluppo smoothed della serie temporalein accelerazione e 2) dello spettro medio di riferimento da sorgente puntiforme. 1) e 2) dipendono dalla posizione del sito.

• La parte incoerente del campo d’onda viene riprodotta stocasticamente. La serie temporale di rumore bianco Gaussiano viene moltiplicata per l’invilupponormalizzato mentre lo spettro di Fourier di accelerazione viene moltiplicato per lo spettro di riferimento da sorgente puntiforme.

• Il metodo simula onde dirette (fase strong motion); utilizza la teoria asintoticadel raggio (alta frequenza) e approssima lo spettro di Fourier con il modello ω2

(scuotimento medio).

• Il metodo produce: serie temporali in accelerazione e velocità (e quindi PGA, PGV, ordinate dello spettro di risposta, durata della fase s.m. affidabili dellabanda di frequenza 1-30 Hz).


Principali differenze tra PSSM e DSM

IFFTSynthetic seismogram

time

(1) Point-Source StochasticMethod (PSSM) [1]

(2) Deterministic- StochasticMethod (DSM) [2]

I metodi (1) e (2) si basanosullo stesso schema disimulazione ma differiscono per il modo in cui vengono calcolati:A) l’inviluppodeterministico e B) lo spettro di riferimentoda sorgente puntiforme

[1] Boore,D.M.(1983). BSSA 73,1865-1894.[2] Pacor,F.,G.Cultrera,A.Mendez, and M.Cocco (2005). BSSA 95, 225-240.

X

Random noise

time

Deterministic envelope

time

= timeA

X

frequency

= frequencyfrequency

Point-source-like reference spectrum

B

FFT


L’inviluppo dell’accelerazione dipende dal processo di rottura sulla fagliaestesa come percepito dall’osservatore (Cocco & Boatwright, 1993).

Inviluppo deterministico dell’accelerazione

DSMPSSM

esponenziale

time

inviluppo in p1

time

inviluppo in p2

time

km

N

P1

P2

P1: direttività in avantiP2: direttività all’indietro

Teoria delle isocrone [1,2]

[1] Bernard,P. and R.Madariaga (1984). BSSA 74,539-558. [2] Spudich,P. and L.N.Frazer (1984). BSSA 74,2061-2082.


Vertical strike-slip fault. ST10 station : forward directivity (short signal, large amplitude).ST190 station : backward directivity (long signal, small amplitude)

Caratteristiche delle isocrone e direttività

isocrone

ST190

ST10

Propagazione della rottura

tR(ψ) tempo di rottura

(x1)

(x2)

tempo dell’ isocrona

tC = tT (ψ,x) + tR (ψ)

tT(ψ,x)tempo dipropagazione

Propagazione del fronte d’onda


N

ϕ

δ

λ

p(x)

q(ψ)qN

Z TOP

WL

VR

tR(ψ)

tT(ψ,x)R(ψ,x)

Calcolo dell’inviluppo di accelerazione

Meccanismofocale λ

Modello diRottura VR , qN

Modello dislip

U(ψ)

tT(ψ,x)

R(ψ,x)

Rθ ϕ (ψ,x)

t R(ψ)

L’inviluppo dell’accelerazione sicalcola attraverso U, Rθ ϕ , Rintegrando lungo la linea Γ

Geometriadella faglia W , L , ZTOP , ϕ , δ

xSito

Modello dipropagaz. 1D

Zi , αi , βi , ρi( i = 1 , N )

IsochroneΓ (ψ, x, tR+tC) = 0

U(ψ)

3. Parametri di simulazione


Calcolo dello spetto di riferimento da sorgente puntiforme

R (R ,f ) = S (f ) A (R ,f ) Z(f )Sorgente Attenuazione Sito

Momentosismico

M0

Attenuazionespettrale

A (R , f )

Funzione ditrasferimentoal sito

Z(f )

Spettro disorgente ω-2

S ( f ) ∝M0 fa

2

1 + ( fa / f ) 2FS Rθ ϕ

ρ β 3 R

Corner frequency apparente (dipendentedal sito)

fa = 1 / ( tC MAX - tC min )

Distanza media e radiation pattern medio Rθ ϕR

Terremoto di Salò: parametri di simulazione

M0 M0 = 3.5 x 1016 NmMomento sismico


Geometria della sorgente e meccanismo focale W , L , ZTOP , ϕ , δ λ

Modello di slip U(ψ) = cost


Geometria della sorgente (profondità)

W , L , ZTOP , ϕ , δ

ZTOP = 5 – 10 km


Modello di rottura

VR , qN

VR (cost) = 2.1 km/s (0.6 Vs)

qN = 3-1; 3-2; ……

VR (cost) = 2.5 km/s (0.75 Vs)


Modello spettrale di attenuazione A (R , f )

Dati weak motion

5000 forme d’onda

periodo: 2002-2005

243 terremotiMl = 2.5 – 5.2

30 stazionivelocimetriche

Dati strong motion

3 forme d’onda

Stazione accelerometrica RAN Vallio Terme (GVD) (D=13.3 km)

Attenuazione di alta frequenza (Anderson &

Hough, 1984) k = 0.04 s


4. Risultati: validazione dei modelli predittivi.

Variabilità del moto.

• mappe di PGA

un esempio con :

VR = 2.1 km/s

ZTOP = 7.5 km


• confronto con l’Intensità osservata

• VR = 2.1 – 2.5 km/s • ZTOP = 5.0 - 7.5 - 10 km • qN = 3-1; 3-2; ……

• 3 Conversioni g.m. – Intensità: Ma92 - FC06_ amax - FC06_ vmax

FC06_ vmax


FC06_ amax


• RMS (Isim – Ioss) < 0.4

ProfonditàzTOP [km]

Velocità di rotturaVR [km/s]

Punto dienucleazione

Relazione diconversione RMS

10.0 2.1 2-3 FC06_ vmax 0.248

10.0 2.1 1-3 FC06_ vmax 0.277

7.5 2.1 2-3 FC06_ vmax 0.287

7.5 2.1 1-3 FC06_ vmax 0.308

10.0 2.1 2-2 FC06_ vmax 0.327

5.0 2.1 2-3 FC06_ vmax 0.330

5.0 2.1 1-3 FC06_ vmax 0.333

10.0 2.1 1-2 FC06_ vmax 0.333

10.0 2.1 3-3 FC06_ vmax 0.364

7.5 2.1 1-2 FC06_ vmax 0.372

7.5 2.1 2-2 FC06_ vmax 0.372

10.0 2.5 1-3 FC06_ vmax 0.387

7.5 2.1 3-3 FC06_ vmax 0.395

10.0 2.1 3-2 FC06_ vmax 0.398


• confronto con i/il dati/o strong motionSpettri di accelerazione: componenti orizzontali. Vallio Terme (GVD) (D=13.3 km)

• ZTOP = 5 - 10 km• qN = 1-2 ; 1-3; 2-2• VR = 2.1 km/s

• FC06_ vmax• parametri “ottimali”


5. Risultati: scenari predittivi.

• VR = 2.1 km/s

• ZTOP = 5 - 10 km

• qN ( L=2.6 km; W=2.5 km)

X= 0.1 – 2.5 km Y= 1.25 – 2.45 km

medio min

max


• FC06_ vmax

VI

VI-VII

VV-VI

min max


Livello 0: scenario medio

Livello I: scenario medio

Conclusioni

• Gli scenari predittivi medi di livello I e di livello 0 mostrano valori confrontabili di Intensità simulata. Lo scenario di livello I evidenzia una minore attenuazione dell’Intensità macrosismica con la distanza ma valori di Intensità inferiori in prossimità dell’epicentro.

Nonostante la moderata magnitudo dell’evento gli scenari livello I •riflettono le caratteristiche geometriche della sorgente estesa ipotizzata• giustificano l’anisotropia del campo di scuotimento osservato, che risulta essere non simmetricamente distribuito rispetto all’epicentro.

• L’influenza della profondità (ipotizzata variabile tra 5 e 10 km), risulta essere molto più contenuta rispetto a quella dovuta alla variazione della posizione punto di enucleazione sulla faglia (supposto variabile nella semimetà inferiore della faglia, e quindi in un’area di soli 1.2 x 2.6 km2).


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