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Calcolo di scenari di danno sismico per la Protezione Civile con la formula KF

Figura 1
Figura 2

Attività del gruppo SITAR (Sismologia Ingegneristica e Tecniche Applicate al Rischio)

Primo argomento - Uso diretto e inverso del nostro (originale) modello cinematico per onde S di corpo (KF) a partire da una sorgente rettangolare, di larghezza unitaria. KF calcola gli effetti in superficie in termini della distribuzione regionale delle intensità (danni) ed anche degli spostamenti al suolo.

Secondo argomento - Microzonazione sismica e calcolo dinamico monodimensionale (elastico, ed anelastico anche in mezzi bifasici solido-liquido) per applicazioni ingegneristiche.

Mostriamo ora un esempio della prima parte della prima applicazione, cioè il calcolo di scenari di danni sismici mediante l’uso diretto, parametrico, della formula KF. Per dettagli tecnici su questa procedura OGS, riferirsi alle pubblicazioni internazionali elencate in calce.

ESCLUSIVITA'   OGS

Calcolo di Scenari di Danni Sismici per la Protezione Civile con la Formula KF

La nostra tecnica può venire applicata pure al calcolo rapido di scenari regionali di danno nell’immediato post-terremoto (da decine di minuti ad un paio d’ore dopo); se ne può vedere un esempio più sotto in Pettenati et al. (2011). In questo approccio parametrico diretto, le incertezze sui parametri di sorgente disponibili in tempo semi-reale vengono usate per tener conto (col calcolo combinatorio) di tutte le possibili sorgenti e calcolare quindi le deviazioni standard dei risultati di scenario.

La Figura 1 mostra parte della catena di calcolo dello scenario di danno (intensità) a sud-est di San Francisco (in alto a sinistra nelle figure) e la sua validazione con i danni osservati in loco dall’USGS nel 1989. Vedere la descrizione della tecnica ed il caso di studio in Sirovich e Pettenati (2009b).

Legenda estesa della Figura 1. 

Figura 1A: DATI USATI PER L’INVERSIONE. Le intensità usate per la nostra inversione KF furono rilevate in campagna nel 1989 dall’US Geological Survey nei centri abitati dell’area (puntini neri in figura) dopo il terremoto di Ms 7.1 del 1989 detto di Loma Prieta, California. Le isosiste sono state disegnate con la nostra tecnica originale basata sui vicini naturali (Sirovich et al., 2002). Altri dati usati per la validazione: stella bianca e rettangolo bianco sono rispettivamente l’epicentro e la proiezione della sorgente secondo Wald et al. (1991); la curva punteggiata in bianco è l’isosista di grado VIII secondo Stover et al. (1990); la fault-plane in alto è di Oppenheimer (1990) e anche di Choy and Boatwright (1990); per il tratto SE della faglia sorgente sia  Beroza (1991) che Steidl et al. (1991) (e altri ancora) hanno calcoltao un meccanismo strike-slip quasi puro (vedi la fault-plane inferiore).

Figura 1B: NOSTRI RISULTATI KF (da inversione AUTOMATICA), nucleazione, proiezione della sorgente bilaterale e sua intersezione virtuale con la superficie topografica, fault-plane solution, e isosiste sintetiche della soluzione a minima varianza ottenuta con la tecnica KF. Notare la simulazione quasi perfetta dell’area grigio scuro (di VIII grado), la cui protuberanza verso la costa (SW) si è quindi rivelata un probabile effetto di sorgente e non di sito.

Figura 1C: ESERCIZIO DI CALCOLO DELLO SCENARIO PRIMA DEL TERREMOTO DEL 1989, usando esclusivamente informazioni sismotettoniche pre-1988, che hanno richiesto 59,049 sorgenti parametriche (vedere i dettagli in Sirovich e Pettenati, 2009b).

Figura 2: visione assonometrica, da SW, dell’area delle Figure 1 A-C, con una selezione delle 59,049 sorgenti usate (blu chiaro); le loro proiezioni sulle pareti della scatola sono in grigio scuro. Siamo sempre a SW di San Francisco, nell’area della Baia di Santa Cruz - Monterey. La terraferma è in verdolino, mentre l’oceano è in bianco (la riga rossa che attraversa la baia è la proiezione in superficie della faglia San Gregorio-Hosgr). Le traccce delle principali faglie in terraferma sono semplificate dal nostro amico Wesnousky (1986). Il segmento tratteggiato nero grosso è la traccia del segmento di faglia cui l’ottimo Lindh, nel 1983, aveva attribuito la più alta probabilità cumulativa di occorrenza entro il 2012. Il rettangolo nero schematizza la nostra faglia ‘centrale’ fra le 59,049 sorgenti parametriche usate (i rettangoli in blu chiaro sono solo una selezione di esse). Le loro proiezioni verticale ed orizzontali sulle pareti della scatola assonometrica sono in grigio scuro.

La conclusione di questo lavoro è che – se la tecnica KF fosse stata disponibile nel 1988 – grazie all’ottimo lavoro sismotettonico degli autori americani citati, si sarebbe potuto calcolare uno scenario cautelativo di danno valido per l’area a SE di San Francisco, che avrebbe adeguatamente ‘coperto’ i danni effettivamente manifestatisi nel 1989 (vedere la Figura 1C più sopra).

Di seguito le principali pubblicazioni che spiegano le tecniche usate per interpolare e disegnare questo tipo di scenari sismici.

Pettenati F., Sirovich L. and D. Sandron (2011). Rapid simulation of seismic intensity 
for civil protection purposes; two recent cases in Italy. Seism. Res. Lett., 82, 3, 420-430.

Sirovich L., Pettenati F. and Sandron D. (2009). Source- and site-effects in the intensities of the M5.4 July 29, 2008 Earthquake in South Los Angeles. Seismological Research Letters, 80, 6, 936-945.

Bungum H., Pettenati F., Schweitzer J., Sirovich L. and Faleide J.I. (2009). The M 5.4 October 23, 1904, Oslofjord earthquake: Reanalysis based on macroseismic and instrumental data. Bull. Seism. Soc. Am., in press.

Sirovich L. and F. Pettenati (2009). Validation of a Kinematic and Parametric Approach to Calculating Intensity Scenarios. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 29, 1113-1122. doi:10.1016/j.soildyn.2008.12.007.

Sirovich L. and Pettenati F. (2008).Achievements and doubts on the new use of Intensity: inversion for unknown sources, future scenarios, hazard, rapid information. Special Sessionof the 2008 Annual Meeting of the Seismological Society of America, April 16-18, Santa Fe, New Mexico, USA:"Advances in Treating Macroseismic Intensity Data Quantitatively" Abstract Number: 08-139(envited). Seism. Res. Lett., 79, 2, p. 313.

Pettenati F., Sirovich L. and Sandron D. (2008). MMI and ShakeMap® intensities, plus a new back-predicted scenario of the Loma Prieta, 1989 earthquake. Proc. 31st General Assembly of the European Seismological Commission ESC 2008, Hersonissos, Crete, Greece, 7-12 September 2008 ID398_20_06_08_06_18_19.

Pettenati F. and Sirovich L. (2007a). Intensity-Based Source Inversion of Three Destructive California Earthquakes,  Bull. Seism. Soc. Am., 97, 5, 1587-1606.

Sirovich L. and Pettenati F. (2007b). A new Kinematic Approach to Calculate Seismic Hazard Scenarios (Intensity and Peak Ground Displacement); an Example in SE Sicily. AGU2007, Acapulco, Proc. ref. n. S51A-01.

E per quanto riguarda la nostra tecnica originale di contour:

Sirovich L., Pettenati F., Cavallini F. and Bobbio M. (2002). Natural-Neighbor Isoseismals. Bull. Seism. Soc. Am., Vol. 92, 5, 1933-1940.