Course Syllabus
Obiettivi
Il modulo di “Laboratorio di microzonazione” si prefigge l'obiettivo di fornire allo studente le conoscenze di base, i metodi di indagine e le procedure applicative utili a svolgere gli studi di microzonazione sismica.
Oltre ad introdurre alcuni concetti di sismologia applicata, con particolare enfasi sugli effetti di sito e la risposta sismica locale, e a descrivere i metodi di analisi geologici e geomorfologici, saranno illustrate le pratiche adottate per la progettazione ed esecuzione delle indagini e le strategie per il calcolo della risposta sismica locale e dei fattori di amplificazione.
Contenuti sintetici
Il corso è strutturato in due moduli: il primo è relativo allo studio dello scuotimento sismico e agli effetti sul territorio indotti da un terremoto, il secondo descrive il contributo della geofisica negli studi di microzonazione sismica. Nella prima parte saranno introdotti i concetti base della sismologia per comprendere il contributo del sito nel caratterizzare lo scuotimento sismico. Saranno descritte le registrazioni e i parametri dello scuotimento, le banche dati di archiviazione e i principali metodi empirici per la stima delle amplificazioni sismiche. Saranno poi illustrati i metodi numerici per il calcolo della risposta sismica locale, con applicazioni nel caso monodimensionale. Saranno anche introdotti i criteri di classificazione del territorio, le linee guida per la microzonazione sismica e le norme tecniche adottate in Italia.
Nel modulo della geofisica verranno fornite indicazioni sulla pianificazione ed esecuzione delle indagini affinché lo studente sia in grado di operare proficuamente con la strumentazione geofisica di base, progettare ed eseguire indagini geofisiche superficiali, elaborare ed interpretare i dati derivanti da tali indagini e di comunicare i risultati. Verranno inoltre fornite le basi teoriche e pratiche dei principali metodi di esplorazione geofisica del sottosuolo; descrivendone i principi fisici dei metodi, i limiti, le tecniche di misura e di elaborazione, nonché i modelli interpretativi. Saranno forniti esempi di pianificazione di indagini geofisiche negli studi di microzonazione, elaborazione ed interpretazione di dati. Il corso prevede, oltre alle lezioni frontali, anche esercitazioni pratiche di acquisizione e analisi dati e di simulazione numerica di semplici modelli di sottosuolo.
Programma esteso
LEZIONI FRONTALI
Durante le lezioni frontali, saranno trattati i concetti principali della sismologia applicata e della modellazione numerica monodimensionale, presentando molti esempi pratici. Saranno illustrate le principali caratteristiche delle registrazioni sismiche, le tecniche di processamento per derivare i parametri del moto e il funzionamento delle banche dati accelerometriche. Sarà introdotto lo spettro di Fourier, lo spettro di risposta in accelerazione i principi delle norme tecniche (NTC18). A seguire, verranno introdotti gli effetti di sito, mostrando come questi modificano il moto sismico e mostrate le principali tecniche numeriche ed empiriche per la loro stima. Durante il corso saranno anche discussi gli schemi di classificazione sismica dei siti, i parametri sismologici geologici e geofisici rappresentativi della risposta sismica locale e i principi e linee guida della microzonazione sismica in Italia. Si illustreranno in dettaglio alcuni studi di microzonazione sismica, con esempi di applicazioni di metodi di analisi sia empirici sia numerici
Per la parte geofisica, saranno fornite indicazioni per la pianificazione delle indagini e saranno illustrati in modo dettagliato gli schemi procedurali delle attività geofisiche, includendo i protocolli, le miglior pratiche, i prodotti e i risultati che supportano gli studi di Microzonazione Sismica di III Livello.
Verranno descritti i principi dei metodi geofisici attivi e passivi con particolare enfasi sulle strategie di acquisizione e sui metodi di valutazione della qualità dei dati.
Metodi sismici attivi e passivi: principi e applicazioni; sismica a rifrazione; sismica a riflessione e loro applicazioni. MASW, REMI, ESAC, HVSR, DOWN-HOLE e CROSS-HOLE. Enfasi sulle strategie di acquisizione e sui metodi di valutazione della qualità dei dati.
LABORATORIO
Sono previste esercitazioni di laboratorio ed esercitazioni in situ. Le esercitazioni pratiche in laboratorio verteranno sulla valutazione di fattibilità e sulla pianificazione delle indagini, descrizione delle caratteristiche degli strumenti, e attraverso l'utilizzo di software specifici dedicati si procederà all’elaborazione ed interpretazione dei dati. Durante le esercitazioni si utilizzeranno le banche dati per la selezione di registrazione sismiche spettro-compatibili ed il loro utilizzo per il calcolo delle funzioni di amplificazione tramite metodi lineare e lineare-equivalente. Sono previste esercitazione in sito per lo studio di un caso reale.
Prerequisiti
Consigliato il superamento dell’esame di Sismologia Applicata e Prospezioni geofisiche
Modalità didattica
21 lezioni da 2 ore in presenza, Didattica Erogativa
2 uscite sul campo (Campus Abroad) da 3 ore in presenza, Didattica Interattiva
Materiale didattico
Sarà reso disponibile tutto il materiale presentato durante le ore di lezione e di laboratorio.
Testi di riferimento e approfondimento:
- Telford W.M., Geldart L.P. and Sheriff R.E., Applied Geophysics. Cambridge University Press, 1991.
- Sharma P.V., Environmental and engineering geophysics, Cambridge University
- Kearey, P., M. Brooks, I. Hill. An Introduction to geophysical Exploration. Blackwell Pub., ISBN 0-632-04929-4.Press.
- Kramer, S.L. (1996). Geothecnical Earthquake Engineering, Prentice-Hall Civil Engineering and Engineering Mechanics series,
- Indirizzi e criteri per la Microzonazione sismica Parte1 e Parte 2 (2008). https://www.centromicrozonazionesismica.it/it/download/category/7-indirizzi-e-criteri-per-la-microzonazione-sismica
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo semestre (da febbraio a giugno)
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Per verificare l’apprendimento dell’insegnamento di laboratorio di microzonazione sono previsti 7 appelli d'esame, le cui date vengono comunicate ad inizio Anno Accademico. L'esame sarà orale. Vengono valutate la competenza acquisita, la completezza dell’esposizione, la proprietà di linguaggio, oltre che una relazione descrivente uno studio di microzonazione da svolgersi durante il laboratorio.
Orario di ricevimento
Su appuntamento. Contattare i Docenti ai seguenti indirizzi mail: grazia.caielli@igagcnr.it e francesca.pacor@ingv.it
Aims
"Microzonation Laboratory" aims to provide the student with the basic knowledge, survey methods and application procedures useful in carrying out seismic microzonation studies.
In addition to introducing some concepts of applied seismology, with special emphasis on site effects and local seismic response, and describing geological and geomorphological methods of analysis, the practices adopted for the design and execution of investigations and the strategies for calculating local seismic response and amplification factors will be illustrated..
Contents
The course is structured in two modules: the first is on the study of seismic shaking and earthquake-induced ground effects, and the second describes the contribution of geophysics in seismic microzonation studies. In the first part, the basic concepts of seismology will be introduced to understand the site contribution in characterizing seismic shaking. Ground motion records and parameters, the seismic archives, and the main empirical methods for estimating seismic amplification will be described. Numerical methods for calculating local seismic response will be explained, with applications in the one-dimensional case. Seismic classification criteria, guidelines for seismic microzonation and technical standards adopted in Italy will also be introduced.
In the geophysics module, guidance will be provided on the planning and execution of measurements, so that the student will be able to operate profitably with basic geophysical instrumentation, design and execute surface geophysical investigations, process and interpret data and communicate the results. The theoretical and practical basis of the main methods of subsurface geophysical exploration will also be provided; describing the physical principles of the methods, their limitations, measurement and processing techniques, and interpretive models. Examples of geophysical survey planning in microzonation studies, data processing and interpretation will be provided. In addition to lectures, the course will include practical exercises in data acquisition and analysis and numerical simulation of simple subsoil models.
Detailed program
LECTURES
During the lectures, the main concepts of applied seismology and one-dimensional numerical modeling will be covered, presenting many practical examples. The main characteristics of seismic recordings, processing techniques for deriving ground motion parameters, and the operation of accelerometer databases will be explained. Fourier spectrum, acceleration response spectrum the principles of technical standards (NTC18) will be presented. Next, site effects will be discussed, showing how they modify seismic motion, and the main numerical and empirical techniques for their estimation will be shown. Seismic site classification schemes, geological, geophysical and seismological parameters representative of local seismic response, and the principles and guidelines of seismic microzonation in Italy will also be illustred during the course. Some seismic microzonation studies will be explained in detail, with examples of applications of both empirical and numerical analysis methods
For the geophysical part, guidance for planning geophysical surveys will be provided and procedural schemes of geophysical activities will be detailed, including protocols, best practices, products and results that support Level III of the seismic microzonation studies.
The principles of active and passive geophysical methods will be described with emphasis on acquisition strategies and data quality assessment methods.
Active and passive seismic methods: principles and applications; refraction seismic; reflection seismic and their applications. MASW, REMI, ESAC, HVSR, DOWN-HOLE and CROSS-HOLE. Emphasis on acquisition strategies and data quality assessment methods.
LABORATORY
Laboratory and in situ exercises are designed. Practical laboratory exercises will cover feasibility assessment and survey planning, description of instrument characteristics, and through the use of specific dedicated software, data processing and interpretation will be carried out. During the exercises, databases will be used for selection of spectrum-compatible seismic recordings and their use for calculation of amplification functions by linear and linear-equivalent methods. On-site exercises for a real case study are planned.
Prerequisites
Suggested geophysical prospecting and applied seismology courses
Teaching form
21 two-hour lectures, in person, Delivered Didactics
2 three-hour field activities, in person, Interactive Teaching
Textbook and teaching resource
All teaching material is available.
- Telford W.M., Geldart L.P.and Sheriff R.E., Applied Geophysics. Cambridge University Press, 1991.
-Reynolds J.M., An Introduction to Applied and Environmental Geophysics, John Wiley and Sons.
-Sharma P.V., Environmental and engineering geophysics, Cambridge University Press. - Kearey, P., M. Brooks, I. Hill. An Introduction to geophysical Exploration. Blackwell Pub., ISBN 0-632-04929-4.Press.
- Kramer, S.L. (1996). Geothecnical Earthquake Engineering, Prentice-Hall Civil Engineering and Engineering Mechanics series,
- Indirizzi e criteri per la Microzonazione sismica Parte1 e Parte 2 (2008). https://www.centromicrozonazionesismica.it/it/download/category/7-indirizzi-e-criteri-per-la-microzonazione-sismica
Semester
Second semester (February - June)
Assessment method
Seven exam sessions of the Microzonation Laboratory are scheduled at the beginning of the Academic Year. The examination is oral and we evaluate the acquired competence, the exposure completeness and language property, as well as a report describing a microzonation study to be conducted during the course.
Office hours
On appointment. Contact the teachers at the following email addresses: grazia.caielli@idpa.cnr.it and francesca.pacor@ingv.it