Effetti sismici locali

Per effetti sismici locali si intendono tutte le variazioni del segnale sismico (ampiezza, frequenza, durata) dovute alle caratteristiche del sito.

Fattori come le proprietà meccaniche del terreno (coperture sedimentarie) e la morfologia (pendenze, creste, ecc.) possono contribuire in maniera sostanziale nel modificare l'azione sismica, la quale può rimanere invariata oppure subire una notevole amplificazione anche nell'arco di brevi distanze.

Le cause che determinano tali effetti sono principalmente due:

Coltre sedimentaria

Le coltri sedimentarie, costituite da materiali sciolti con velocità di propagazione delle onde relativamente basse, hanno la capacità di modificare l'azione sismica. Interessando buona parte del territorio pianeggiante e densamente abitata, la trattazione del fenomeno è di notevole importanza.

Effetti in superficie:
  • amplificazione del moto oscillatorio orizzontale
  • variazione del contenuto in frequenze del segnale sismico
  • liquefazione dei terreni

La perturbazione sismica è composta da una componente compressiva (dovuta alle onde P) che genera un oscillazione nella direzione di propagazione e da una di taglio (dovuta alle onde S) che genera un oscillazione perpendicolare alla direzione di propagazione. Dato che a distanza dall'ipocentro i raggi sismici tendono a disporsi perpendicolarmente alla superficie del terreno, in superficie si osserva un movimento verticale dovuto alle onde P ed un movimento orizzontale dovuto alle onde S.
Il fattore principale che determina variazioni del segnale sismico in questo caso è la velocità di propagazione delle onde S.
Se la perturbazione sismica passa da mezzo più veloce (es. roccia, vs>800m/s) ad uno più lento (es. terreno sciolto, sedimenti, vs<800m/s) essa tende ad amplificarsi nella sua componente di taglio (onde S), mentre la componente compressiva (onde P) rimanere sostanzialmente invariata.
L'altra causa di amplificazione sismica è dovuta al fatto che le onde sismiche tendono a rimanere intrappolate all'interno del corpo sedimentario, riflettendosi sulla superficie libera e al contatto con il substrato.
I valori di accelerazione orizzontale attesa "ag", forniti dall'INGV nella mappa della pericolosità sismica, si riferiscono ad un substrato considerato rigido, con velocità di propagazione delle onde S >800m/s. Si assume, in tal caso che il moto sismico non si amplifichi. Pertanto su di una superficie orizzontale di questo tipo, l'azione sismica attesa è quella fornita dall'INGV.
In caso di presenza di coperture sedimentarie con velocità di propagazione delle onde S <800m/s, dobbiamo sommare al dato fornito dall'INGV l'effetto di amplificazione sismica locale dovuto alle suddette coperture sedimentarie.



Effetti Topografici

Anche in questo caso gli effetti in superficie sono:
  • amplificazione del moto oscillatorio orizzontale
  • variazione del contenuto in frequenze del segnale sismico
Le cause del fenomeno sono da attribuire all'interazione tra la geometria della superficie topografica e la perturbazione sismica.

Anche se non è ancora possibile determinare a priori l'entità e l'esatta localizzazione dell'effetto è stato osservato che le cause sono principalmente le seguenti:

  • pendenza del rilievo - E' stato osservato che al variare della pendenza della superficie topografica si ottengono diversi gradi di scuotimento, con il massimo in corrispondenza dell'area di cresta (Kawase and Aki, 1990S). Secondo la normativa cogente sono soggette a fenomeni di amplificazione topografica aree con pendenze superiori a 15°.

  • convessità del rilievo - In corrispondenza di una superficie topografica convessa si può verificare una focalizzazione dei raggi sismici verso la zona di massima curvatura, la quale determina fenomeni di amplificazione più intensi (Sanchez-Sesma, 1990).
    Nella stessa situazione possono verificarsi fenomeni di interferenza e diffrazione fra le onde di volume e quelle di superficie, causando anch'essi amplificazione variazione di frequenza nel segnale sismico (Pedersen et al., 1994).
  • geometria della dorsale (o cresta) - Evidenze sperimentali dimostrano che la dimensione della base di una dorsale (o cresta) influenza il contenuto in frequenze del segnale sismico.

    In particolare, se schematiziamo il profilo di una dorsale con una triangolo, si osserva che tendono ad essere amplificati i periodi di oscillazione prossimi alla semidistanza della della sua base (Sanchez-Sesma 1985, 1990).