Fattore di amplificazione topografica in presenza di scarpate e creste o cucuzzoli

Fattore di amplificazione topografica: effetti morfologici di sito sulla risposta sismica locale.

La morfologia superficiale riveste un’importanza determinante sull’amplificazione sismica di sito come dimostrano i rilevanti danni strutturali rilevati in corrispondenza di elementi morfologici come i rilievi, le scarpate o i canyon. Dal punto di vista ingegneristico l’amplificazione topografica del moto sismico interessa la valutazione del rischio sismico di numerosi centri storici edificati su rilievi, di manufatti in terra (rilevati, argini e dighe), di importanti opere come ponti e dighe nonché di pendii naturali e artificiali. Possiamo distinguere tre configurazioni d’interesse: cresta, scarpata e canyon. La situazione tipo rupe per piccole estensioni della larghezza in cresta può essere ricondotta al caso di rilievo isolato mentre per larghezze maggiori tende al caso limite di scarpata. Nel presente articolo vengono sintetizzate le principali conclusioni degli studi sull’amplificazione topografica in corrispondenza di rilievi isolati e scarpate.

NTC 2018

Secondo la più recente revisione delle Norme Tecniche in vigore, per configurazioni superficiali semplici si può adottare la seguente classificazione:

Categoria	Caratteristiche della superficie topografica
T1	Superficie pianeggiante, pendii e rilievi isolati con inclinazione media i ≤ 15°
T2	Pendii con inclinazione media i > 15°
T3	Rilievi con larghezza in cresta molto minore che alla base e inclinazione media 15° ≤ i ≤ 30°
T4	Rilievi con larghezza in cresta molto minore che alla base e inclinazione media i > 30°

NTC 2017 – Tab. 3.2.III – Categorie topografiche

Le suesposte categorie topografiche si riferiscono a configurazioni geometriche prevalentemente bidimensionali, creste o dorsali allungate, e devono essere considerate nella definizione dell’azione sismica se di altezza maggiore di 30 m.

Amplificazione topografica NTC 2018
Per tener conto delle condizioni topografiche e in assenza di specifiche analisi di risposta sismica locale, si utilizzano i valori del coefficiente topografico S_T riportati nella tabella sottostante, in funzione delle categorie topografiche definite nella Tab. 3.2.III delle NTC 2017 e dell’ubicazione dell’opera o dell’intervento.

Categoria topografica	Ubicazione dell’opera e dell’intervento	ST
T1		1,0
T2	In corrispondenza della sommità del pendio	1,2
T3	In corrispondenza della cresta di un rilievo con pendenza media minore o uguale a 30°	1,2
T4	In corrispondenza della cresta di un rilievo con pendenza media maggiore di 30°	1,4

NTC 2018 – Tab. 3.2.V – Valori massimi del coefficiente di amplificazione topografica ST

La variazione spaziale del coefficiente di amplificazione topografica è definita da un decremento lineare con l’altezza del pendio o del rilievo, dalla sommità o dalla cresta, dove ST assume il valore massimo riportato nella NTC 2018 – Tab. 3.2.V, fino alla base, dove ST assume valore unitario.

Per condizioni topografiche complesse è necessario predisporre specifiche valutazioni del fattore di amplificazione topografica.

Scarpata

La configurazione topografica di scarpata identifica le aree tipo bordi di cava, nicchie di distacco, terrazzi fluviali e scarpate antropiche. In particolare, sono da considerare a rischio sismico le scarpate caratterizzate da fronti di altezza H maggiori o uguali a 10 m, inclinazione del fronte principale α maggiore o uguale a 15° ed estensione del fronte superiore L almeno pari all’altezza H o comunque non inferiore ai 15-20 metri. L’altezza H è da intendersi come distanza verticale dal piede al ciglio del fronte principale, mentre il fronte superiore L è identificato dalla distanza tra il ciglio del fronte principale e la prima evidente irregolarità morfologica.

Fig. 1: scarpata, H ≥10 m, α ≥15°, L≈H oppure L> 15-20 m

In base alla geometria descritta, il valore del fattore di amplificazione topografica S_T nel caso tipo di scarpata è dato dalla seguente:

S_T = 1+0,8·(α+β-0,4)

dove α è il gradiente del fronte principale e β di quello secondario. Inoltre, le distanze a, b e c sono determinate come segue:

a= H/3

b= min{20α; (H+10)/4}

c= H/4

Il valore di S_T determinato è assegnato al ciglio del fronte superiore, mentre all’interno della relativa area di influenza, il valore è scalato in modo lineare fino al raggiungimento del valore unitario.
Nei casi di scarpate in roccia il valore del fattore di amplificazione è sufficientemente rappresentato dal valore di S_T per effetti morfologici. Nei casi di scarpate in terre od in presenza, sul fronte superiore, di una coltre detritica suscettibile di amplificazione (copertura di almeno 3 metri di spessore) dovrà essere valutato anche il fattore di amplificazione per effetti litologici. La situazione sarà rappresentata dal valore di amplificazione dato dal prodotto di S_S per effetti litologici e S_T per effetti topografici. Per la determinazione di S_S litologico è raccomandato procedere con analisi di risposta sismica locale mediante l’utilizzo del software RSL III di GEOSTRU.

Creste o cucuzzoli

Sono da considerare creste quelle situazioni in cui il dislivello altimetrico minimo h è maggiore od uguale a un terzo del dislivello altimetrico massimo H e con inclinazione dei versanti α₁ e α₂ maggiore o uguale a 15°.

Fig. 2: cresta, h≥1/3 H con α1 e α2 ≥15°

In base alle caratteristiche della cresta si distinguono due configurazioni:

– CRESTE APPUNTITE: rilievi caratterizzati da una larghezza in cresta l molto inferiore alla larghezza alla base (l < 1/3 L) .
– CRESTE ARROTONDATE: rilievi caratterizzati da una larghezza in cresta l paragonabile alla larghezza alla base (l ≥ 1/3 L) con  b1 e b2<10°

Ci sono dei valori limite della larghezza in cresta l, in rapporto all’altezza H dei versanti, oltre i quali non siamo più in presenza di una morfologia tipo cresta ma di due singole scarpate per le quali si determinerà il fattore di amplificazione topografica S_T per la configurazione scarpata.

Nelle situazioni di cresta appuntita e cresta arrotondata il valore del fattore di amplificazione topografica, nell’intervallo di periodo 0,1-0,5 s,  è determinato come segue:

TIPO CRESTE	L>350 m	250 m<L<350 m	150 m<L<250 m	L<150 m
CRESTA APPUNTITA	ST(0,1-0,5s) = e1,11H/L	ST(0,1-0,5s) = e0,93H/L	ST(0,1-0,5s) = e0,73H/L	ST(0,1-0,5s) = e0,40H/L
CRESTA ARROTONDATA	ST(0,1-0,5s) = e0,47H/L

Il valore di S_T topografico determinato andrà assegnato all’area corrispondente alla larghezza in cresta l, mentre lungo i  versanti tale valore è scalato in modo lineare fino al valore unitario alla base di ciascun versante. In presenza di coltre detritica alla sommità del rilievo occorre stimare anche il fattore di amplificazione stratigrafica. Il valore di amplificazione globale sarà il prodotto di S_S litologico per S_T topografico. Per la determinazione di S_S litologico è raccomandato procedere con analisi di risposta sismica locale di terzo livello mediante l’utilizzo del software RSL III di GEOSTRU.

Link utili: Indirizzi e criteri per la microzonazione sismica, Risposta sismica locale RSL, LINEE GUIDA PER LA REDAZIONE DI STUDI DI MICROZONAZIONE SISMICA DEL  TERRITORIO