Docente/i: Carlo Giovanni Lai  

Denominazione del corso: Geotecnica sismica
Codice del corso: 064084
Corso di laurea: Ingegneria civile
Settore scientifico disciplinare: ICAR/07
Crediti formativi: CFU 3
Sito web del corso: http://www-3.unipv.it/webgeotk/geotecnica_sismica.html

Obiettivi formativi specifici

Il corso ha l’obiettivo di introdurre gli studenti alle teorie e ai metodi della moderna geotecnica sismica. Nella prima parte del corso verranno illustrati alcuni concetti fondamentali di sismologia sull’origine dei terremoti e sulle grandezze di misura dell’intensità macrosismica e della magnitudo. Verranno quindi definiti i parametri di scuotimento del suolo, introdotte alcune nozioni di sismometria e illustrato il concetto di spettro di risposta. Verrà poi trattato il tema della pericolosità sismica di un sito o di una porzione di territorio e della definizione del terremoto di progetto mediante analisi probabilistiche. L'ultima parte del corso è dedicata alla illustrazione di alcuni concetti di elastodinamica e di propagazione delle onde sismiche in un mezzo continuo. Essi verranno applicati allo studio della risposta sismica locale e di alcuni fenomeni di rischio sismico geotecnico come l’instabilità co-sismica dei versanti naturali, la liquefazione e la mobilità ciclica.

Programma del corso

Introduzione alla geotecnica sismica e sismologia appl. (primo modulo didattico: 4L)
Scopi della geotecnica sismica, pericolosità e rischio sismico, scuotimento ed effetti sismo-indotti. Zonazione geotecnico sismica del territorio, livelli I, II, e III. Macro e microzonazione sismica. Terremoti storici significativi, interventi di mitigazione, normative nazionali ed internazionali (Eurocodice 8).

Elementi di sismologia applicata (secondo modulo didattico: 6L)
Sismicità, teoria della tettonica delle zolle, meccanismi di generazione dei terremoti, stili di fagliazione. Margini trascorrenti e di subduzione, lacune sismiche, cenni sulle cause della sismicità italiana. Misure della grandezza di un terremoto, intensità macrosismica, scale di intensità e magnitudo. Cenni di sismometria, strumenti di misura analogici e digitali, banche dati accelerometriche. Parametri di severità del moto sismico, valori di picco e integrali, spettro di risposta, spettro di Fourier.

Analisi di pericolosità sismica (terzo modulo didattico: 4L)
Identificazione delle sorgenti sismiche, faglie attive, sismicità storica e strumentale. Cataloghi dei terremoti, processo di accadimento degli eventi sismici, modello Poissoniano. Analisi di completezza. Rappresentazione della sismicità regionale, relazione frequenza-magnitudo di Gutenberg-Richter. Modelli di attenuazione e relazioni predittive dello scuotimento sismico, zonazione sismogenetica. Metodo probabilistico di Cornell-McGuire di previsione della pericolosità sismica. Terremoti di progetto e di scenario.

Propagazione di onde sismiche (quarto modulo didattico: 4L)
Introduzione all’elastodinamica, propagazione di disturbi meccanici in un mezzo elastico indefinito. Onde longitudinali e trasversali, onde e oscillazioni stazionarie, soluzione equazione delle onde 1D. Condizioni iniziali e al contorno, propagazione in continui elastici eterogenei, principio di Fermat e legge di Snell. Coefficienti di riflessione e trasmissione per incidenza normale, cenni alla propagazione di onde 2D e alle onde superficiali.

Analisi di risposta sismica locale (quinto modulo didattico: 4L + 2E)
Risposta dello strato omogeneo su semispazio elastico in regime stazionario, amplificazione sismica. Funzioni di trasferimento di uno strato su semispazio, effetto dello smorzamento del mezzo. Esempi di amplificazione sismica locale in terremoti recenti: il caso di Coalinga in California e di Città del Messico. Il terremoto di Umbria-Marche del 1997. Analisi di risposta sismica 1D lineari e lineari-equivalenti, codici di calcolo. Curve di degradazione del modulo di taglio e dello smorzamento. Cenni agli effetti di non-linearità sulla risposta sismica dei terreni.

Fenomeni di rischio geotecnico-sismico (sesto modulo didattico: 4L + 2E)
Generalità sugli effetti sismo-indotti, rotture di faglie in superficie e cedimenti del suolo. Comportamento dinamico dei terreni, soglie di deformazione ciclica, dilatanza, teoria dello stato critico. Degradazione ciclica della rigidezza e della resistenza, dissipazione di energia, risposta non-drenata. Modellazione costitutiva semplificata del comportamento dinamico dei terreni, modelli ciclici, curve scheletro, criterio di Masing. Liquefazione e mobilità ciclica, metodi semplificati per la valutazione suscettibilità alla liquefazione. Instabilità co-sismica e post-sismica dei versanti naturali, analisi pseudo-statiche e metodo di Newmark.

Prerequisiti

Contenuti degli insegnamenti di Scienza delle Costruzioni e Geotecnica.

Tipologia delle attività formative

Lezioni (ore/anno in aula): 24
Esercitazioni (ore/anno in aula): 6
Laboratori (ore/anno in aula): 0
Progetti (ore/anno in aula): 0

Materiale didattico consigliato

Kramer, S.L. (1996). Geotechnical Earthquake Engineering. Prentice-Hall, pp. 653. Testo di base consigliato.

Faccioli, E. e Paolucci, R. (2005). Elementi di Sismologia Applicata all'Ingegneria. Pitagora Editrice Bologna, pp. 268. Testo di riferimento per la parte sulla propagazione delle onde sismiche e sulla definizione del terremoto di progetto.

Lai, C.G., Foti, S. e Rota, M. (2009). Input Sismico e Stabilità Geotecnica dei Siti di Costruzione. IUSS Press. Collana di Manuali di Progettazione Antisismica, Volume 6, pp. 312. Testo di riferimento per l’applicazione delle Norme Tecniche 14/01/2008.

Day, R. (2001). Geotechnical Earthquake Engineering Handbook. Mc Graw Hill, pp. 623. Testo di riferimento per le problematiche geotecniche anche relative alle opere di fondazione. Pragmatico e di facile comprensione.

Ishihara, K. (1996). Soil Behaviour in Earthquake Geotechnics. Oxford Press, pp. 350. Testo di riferimento sulla dinamica dei terreni e le prove di laboratorio dinamiche.

Modalità di verifica dell'apprendimento

L’esame consiste in una prova scritta finale della durata di due ore sugli argomenti svolti durante il corso unita ad una verifica dei compiti assegnati.