Uso della prove CPT per la valutazione del potenziale di liquefazione dei depositi sabbiosi: La sequenza sismica dell?Emilia-Romagna del 2012

Riassunto Dalla metà di Maggio 2012, per circa due mesi, una sequenza sismica ha interessato la parte settentrionale dell’Italia, nello specifico un ampio settore della Pianura Padana. La sequenza è stata caratterizzata da due scosse principali: a) il 20 Maggio con Mw = 5.9, epicentro in prossimità di Finale Emilia e profondità ipocentrale di 6.3 km, b) il 29 Maggio con Mw = 5.8, epicentro in prossimità di Cavezzo e profondità ipocentrale di 10.2 km (la localizzazione dei terremoti è stata ottenuta dall’Istituto Nazione di Geofisica e Vulcanologia, http://iside.rm.ingv.it/). Gli effetti delle due scosse principali possono essere riassunti come segue: -27 vittime, centinaia di feriti e almeno 40 000 persone sfollate; -danni alle infrastrutture (strade, sottoservizi urbani) essenzialmente associati al verificarsi di fenomeni di liquefazione o fratture del suolo; -danni a monumenti storici (e.g. chiese e campanili); -collasso di edifici recenti come capannoni e uffici industriali. Queste costruzioni erano per lo più strutture isostatiche non progettate per resistere ai terremoti. Lo scopo di questa tesi è quello di valutare, in merito alla sequenza sismica dell’Emilia (Maggio-Giugno 2012), la stima dei livelli liquefacibili, manifestazioni di liquefazione e potenziale di liquefazione utilizzando metodologie specifiche (LEPs), basate su indagini CPTu, a partire da indagini CPT. Nello specifico la tesi tratta i seguenti argomenti: -un quadro generale sul fenomeno della liquefazione e sulle metodologie di analisi dello stesso; -un quadro generale sui criteri disponibili per classificare i danni causati dalla liquefazione osservati in superficie; -un inquadramento geologico/tettonico, geomorfologico e idrogeologico dell’area di studio; -l’analisi degli aspetti sismologici, principalmente riguardo l’inquadramento sismo-tettonico, i parametri sismologici (localizzione epicentro, profondità ipocentrale, Mw, accelerazione di picco al suolo) e gli effetti cosismici causati dalla sequenza sismica; -confronto tra la stima dei fenomeni di liquefazione a partire da indagini CPT e CPTu, utilizzando metodi basati su CPTu. Svolgimento di una campagna di indagini CPT-CPTu a Pisa (località Porta a Mare) con lo scopo di trovare una funzione di correlazione che converta il parametro fs (CPT) in fs (CPTu); -confronto tra i livelli liquefacibili identificati a partire da un indagine CPT e dalla stessa indagine corretta per mezzo della funzione di correlazione fs. Tale confronto è stato effettuato su aree dove sono stati osservati fenomeni di liquefazione; -valutazione della validità dei parametri LPI (Liquefaction Potential Index) ed LSN (Liquefaction Severity Number) per l’area di studio. Il potenziale di liquefazione, valutato tramite questi parametri, è stato confrontato ai fenomeni e danni osservati. Nel complesso sono stati considerati circa 1500 casi di liquefazione e 657 indagini CPT-CPTu (627 CPT e 30 CPTu) dal database della Regione Emilia-Romagna, ed è stato possibile trarre le seguenti conclusioni: a) viene confermato che le metodologie specifiche (LEPs) restituiscono risultati differenti utilizzando indagini CPT o CPTu, b) la funzione di correlazione mitiga in certi casi queste differenze, c) l’identificazione dei livelli liquefacibili funzione meglio utilizzando la CPT elaborata con la funzione di correlazione rispetto alla CPT originale e d) i parametri LPI ed LSN, particolarmente l’LSN, non sono conformi alle osservazioni sul campo a piccola scala, questo è una possibile una conseguenza della variabilità spaziale del sottosuolo. Abstract Since mid-May 2012, for about two months, a seismic sequence affected the northern part of Italy and specifically a wide sector of the Po River Plain. The sequence was characterized by two main shocks: a) Mw = 5.9 occurred near Finale Emilia on May 20th at a depth of 6.3 km, and b) Mw = 5.8 occurred near Cavezzo on May 29th at a depth of 10.2 km (earthquake location obtained by Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, http://iside.rm.ingv.it/). The effects of the two main shocks can be summarized as follows: -27 lives were lost, hundreds of persons were injured and at least 40 000 people were evacuated; -damage to infrastructures (roads, pipelines) essentially associated to the occurrence of liquefaction phenomena or soil failure; -damage to historical monuments (e.g. churches and bell towers – masonry and brickworks); -recent buildings such as barns and industrial premises collapsed. These buildings were mainly isostatic structures not projected to withstand to earthquakes. The aim of this dissertation is to evaluate, regarding the Emilia seismic sequence (May-June 2012), the assessment of liquefiable layers, liquefaction occurrence and liquefaction potential using liquefaction evaluation procedures (LEPs), based on CPTu surveys, from CPT surveys and liquefaction potential indexes as LPI and LSN. In detailed the dissertation deals with the following arguments: -an overview on the phenomenon of liquefaction and methodologies of liquefaction analysis; -an overview of available criteria to evaluate (classify) the liquefaction damages observed at the ground surface; -a geological-tectonic, geomorphological and hydrogeological framework of the study area; -analysis of seismological aspects, mainly related to the seismo-tectonic framework, the seismological parameters (epicenter location, depth of hypocenter, Mw, PGA) and coseismic effects of the seismic sequence; -comparison between the assessment of the occurrence of liquefaction from CPT and CPTu tests with CPTu-based method. Carrying out of CPT- CPTu surveys at Pisa (Porta a Mare area) in order to find a correlation function that convert fs (CPT) into fs (CPTu); -comparison between the detected liquefiable layers from a mechanical CPT and from the same CPT after the fs correction by the correlation function. Such a comparison was carried out in areas where liquefaction phenomena have been observed; -evaluation of the validity of LPI (Liquefaction Potential Index) and LSN (Liquefaction Severity Number) of the study area. The liquefaction potential, as evaluated by these indexes, was compared to the observed damages and phenomena. About 1500 liquefaction related phenomena have been considered and CPT-CPTu (627 CPT and 30 CPTu) surveys from Emilia-Romagna database. It is possible to draw the following conclusion: a) it is confirmed that liquefaction evaluation procedures (LEPs) give different results using CPT or CPTu surveys, b) the correlation function mitigates these differences but not always, c) identification of liquefiable layers works better using CPT processed with the correlation function than original CPT and d) LPI and LSN parameters, specially LSN, does not conform to field observations on a small scale, it is probably a consequence of the spatial variability of the subsoil