MENU
Il contenuto della pagina inizia qui

Modellazione numerica dei movimenti sismici del terreno

Numerical Modeling

La modellazione di terremoti viene utilizzata laddove mancano le registrazioni, in particolare per i grandi terremoti catastrofici e per i siti che si trovano nelle vicinanze di sorgenti di onde sismiche. In questi casi è possibile da un lato calibrare le equazioni predittive del moto del suolo specifiche per il sito e, dall’altro, utilizzare anche modelli numerici deterministici del processo di frattura e della propagazione delle onde da usare per gli scenari di terremoti. A tal fine è indispensabile è una precisa inclusione delle proprietà geologiche locali.

Figura: Variazione spaziale del parametro stress-drop (caduta di tensione) dei terremoti strumentali verificatisi negli ultimi decenni in Svizzera

Movimenti del terreno per terremoti tipici ed estremi

La previsione dei movimenti del terreno provocati da un terremoto è un elemento centrale dell’analisi della pericolosità sismica sia probabilistica che deterministica. Una modellazione corretta del movimento del terreno rappresenta una sfida soprattutto a causa del numero relativamente basso di registrazioni nelle vicinanze della frattura e relative a rari terremoti di forte intensità.

Considerare le leggi fondamentali della fisica durante la modellazione del movimento del terreno comporta un grosso potenziale di miglioramento, che si realizza combinando le equazioni predittive del moto del suolo specifiche per il sito e i modelli deterministici del processo di frattura così come della propagazione delle onde al fine di ottenere scenari realistici di terremoti. Condizione fondamentale per una modellazione affidabile è lo sviluppo del modello numerico in considerazione delle proprietà geologiche locali del sottosuolo.

Equazioni predittive del moto del suolo (GMPE)

Con l’aiuto di modelli stocastici basati sulla simulazione e attraverso una descrizione della sorgente sismica, della propagazione delle onde e dell’influenza del sito locale è possibile generare le tipiche forme d’onda. Negli ultimi anni è stato sviluppato un modello di questo tipo, che è stato quindi adattato per la Svizzera, verificato e utilizzato per il modello di pericolosità sismica del nostro paese. Esso permette numerose applicazioni con i dati dei terremoti registrati, significative ai fini dell’analisi della pericolosità. Nei prossimi anni, importanti miglioramenti riguarderanno il modello delle sorgenti utilizzato, la modellazione di grandi terremoti con superfici di frattura estese, l’introduzione di magnitudo alternative a Mw, i modelli fisici per l’attenuazione in situ, i modelli per la descrizione dei movimenti del terreno in profondità, la descrizione degli effetti di campo vicino e le metodiche per lo sviluppo dei modelli stocastici.

Modellazione degli scenari e limiti del movimento del terreno

Un sottoprogetto si occupa della modellazione dei tipici scenari per i terremoti previsti in Svizzera. La modellazione, che si basa sulla fisica del processo di frattura e della complessa propagazione delle onde, include anche la simulazione di eventi estremi nel campo vicino e la ricerca dei limiti del movimento del terreno. Per i sedimenti sciolti sulla superficie terrestre, l’attenuazione non lineare e il cedimento del materiale causato ad es. dalla liquefazione del suolo rappresentano importanti limiti dal punto di vista del movimento del terreno massimo possibile.

Importanti evoluzioni nel settore della simulazione numerica di comportamenti anelastici, plastici e non lineari sono già state realizzate e continueranno con l’inclusione delle nuove opportunità offerte dalla modellazione 3D. Queste comprendono ad es. superfici di frattura eterogenee, la simulazione di proprietà variabili del materiale e la dispersione delle onde sismiche ad esse legata, così come la modellazione di alte frequenze.

Numerical Modeling
Deformazioni plastiche che si formano durante forti terremoti in prossimità della superficie di frattura e nei sedimenti sciolti (terremoto di magnitudo 7,8 nella parte meridionale della faglia di Sant’Andrea in California)