Document Actions

ijege-12_02-romeo.pdf

background image
75
Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 2 (2012)
© Sapienza Università Editrice
www.ijege.uniroma1.it
DOI: 10.4408/IJEGE.2012-02.O-06
R
obeRto
W. ROMEO
Università di Urbino “Carlo Bo” – Urbino, Italy
TERREMOTO DELL’EMILIA DEL 20 MAGGIO 2012 (M 5.9):
INSOLITI FENOMENI DI LIQUEFAZIONE
EMILIA (ITALY) M5.9 EARTHQUAKE ON 20 MAY 2012:
AN UNUSUAL PATTERN OF LIQUEFACTION
RIASSUNTO
Il 20 maggio 2012, la Regione Emilia (Italia settentrionale) è sta-
ta colpita da un sisma (M 5.9), il quale ha innescato rilevanti effetti
deformativi del suolo dovuti a estesi fenomeni di liquefazione. Seb-
bene lo scuotimento sia stato relativamente modesto, il fenomeno ha
avuto un forte impatto su un’area ubicata a circa 17 km dall’epicen-
tro, dove si sono verificate fuoriuscite in superficie di eccezionali
quantità di acqua e sabbia.
Il lavoro traccia un quadro sintetico del fenomeno e presenta i
risultati preliminari delle indagini sismologiche e geotecniche.
T
ermini
chiave
: terremoto, liquefazione, Regione Emilia, Italia
IL SISMA
Nella notte del 20 maggio 2012 l’area compresa tra le città di
Modena e Ferrara, in Italia settentrionale (Fig. 1), è stata colpita da
un terremoto con una magnitudo momento di 5.9 (link: Dati sismolo-
gici). Nelle fasi immediatamente successive all’evento sismico sono
stati segnalati danneggiamenti di edifici antichi, soprattutto storici
(chiese, torri e castelli), e di costruzioni industriali, nonché vistosi
effetti deformativi del suolo nel Comune di Sant’Agostino, a circa 17
km a est dell’epicentro e, in particolare, nella frazione di San Carlo.
L’epicentro è stato localizzato in corrispondenza della ben nota
struttura sismogenica di Mirandola, un sovrascorrimento cieco con il
tetto vicino alla superficie e un potenziale stimato dello stesso ordine
di grandezza di quello del sisma. La prossimità di tale struttura alla
superficie giustifica la scarsa profondità focale del sisma: circa 6 km.
L’evento principale (mainshock) è stato seguito da altre due forti
scosse (superiori a M 5) e le repliche sono risultate fortemente al-
lungate in direzione Est-Ovest, parallele al sovrascorrimento e com-
patibili con il meccanismo focale del terremoto, che ha interessato
un’area lunga circa 45 km in direzione Est-Ovest e larga circa 15 km
in direzione Nord-Sud.
Sono state registrate numerose accelerazioni al suolo (link: dati
strong motion), delle quali la Fig. 2 mostra la distribuzione rispetto
alla distanza epicentrale.
Un solo forte movimento del suolo è stato registrato in prossimità
dell’epicentro, nel Comune di Mirandola, a circa 13 km dall’epicen-
ABSTRACT
On 20 May 2012, an M5.9 earthquake occurred in the Emilia
region (northern Italy). The earthquake triggered significant ground
failures owing to extensive liquefaction phenomena. Although the
shaking was relatively moderate, an area lying about 17 km from the
epicentre was strongly affected by the phenomenon and an excep-
tional amount of sand and water flowed up from the ground.
The following is an overview of the phenomenon along with pre-
liminary results from seismological and geotechnical analyses.
K
ey
words
: earthquake, liquefaction, Emilia Region, Italy
THE EARTHQUAKE
A thrusting earthquake occurred in the night of 20 May 2012
with a moment magnitude of 5.9 (link: Seismological information)
between the towns of Modena and Ferrara, in northern Italy (Fig. 1).
Soon after the earthquake, news were reported about damages to old
and mainly historical buildings (churches, towers and castles) as well
as to industrial facilities, and about impressive ground failures in the
Sant’Agostino municipality, about 17 km east of the epicentre, and
particularly in the locality of San Carlo.
The epicentre was close to the well-known seismogenic structure
of Mirandola, a blind thrust whose top lies near the ground surface
and whose potential was estimated to be of the same order as the
released earthquake. The near-surface location of the structure was
responsible for the relatively shallow focal depth of the earthquake,
which was located about 6 km below the ground.
The mainshock was followed by two other large shocks (above
M5) and the aftershocks were strongly elongated in an E-W direc-
tion, parallel to the thrust and consistent with the focal mechanism of
the earthquake, which involved an area about 45 km long in the E-W
direction and about 15 km wide in the N-S direction.
Several ground-motion accelerations were recorded (link:
Strong motion data), whose distribution vs. epicentral distance is
shown in Fig. 2.
Only one strong-ground motion was recorded close to the epi-
centre, in the Mirandola municipality, about 13 km from the epicen-
background image
TERREMOTO DELL’EMILIA DEL 20 MAGGIO 2012 (M 5.9): INSOLITI FENOMENI DI LIQUEFAZIONE
76
R.W. ROMEO
tre, where the peak ground acceleration was around 0.3g. All other
ground motion values came from recording stations as far as 40 km or
more from the epicentre. Despite this non-homogeneous distribution
of recording stations, ground motion values well fit a straight line in
the log-log plot, from which a value of about 0.16g for San Carlo was
inferred (Fig. 2).
To reconstruct the ground acceleration field, a geostatistical anal-
ysis was conducted with radial basis functions. The log-normal plot
of ground accelerations shows a good agreement for all the recorded
values, except for the largest ground acceleration recorded at Miran-
dola and at very low recorded values (below 1 cm/s/s).
Therefore, a single solution for the acceleration field is not avail-
able: the best estimate (Fig. 3) was obtained by combining aftershock
distribution data with recorded ground accelerations.
Ground accelerations have a pattern parallel to the fault rupture,
with a stronger attenuation southwards (towards the Apennine chain)
and a higher propagation northwards (below the Po river plain). Giv-
en the spatial distribution of the recorded accelerations, the interpo-
lated value in the site of San Carlo is around 0.1g, slightly below the
value estimated on the basis of the pattern of ground motion attenua-
tion shown in Fig. 2.
The largest recorded accelerations (Fig. 4) at Mirandola display
a strong-phase duration of about 20 seconds and a visible low-fre-
quency content in the horizontal components opposite to the higher
frequency content of the vertical one.
LIQUEFACTION
Liquefaction was observed in many municipalities, from the ones
closest to the epicentre (San Felice sul Panaro) to Sant’Agostino, where
tro, dove il picco di accelerazione al suolo è stato di circa 0.3g. I va-
lori di tutte le altre scosse sono stati registrati da stazioni localizzate a
oltre 40 km dall’epicentro. Nonostante la distribuzione disomogenea
di tali stazioni, i valori delle scosse sono risultati ben allineati su una
retta del grafico bi-logaritmico, dal quale è stato desunto un valore di
circa 0.16g per San Carlo (Fig. 2).
Per ricostruire il campo di accelerazione al suolo, è stata svolta
un’analisi geostatistica con funzioni a base radiale. La distribuzione
log-normale delle accelerazioni al suolo evidenzia un buon accordo
con tutti i valori registrati, salvo per la maggiore accelerazione regi-
strata a Mirandola, i cui valori sono molto bassi (al di sotto di 1 cm/s/s).
Non è quindi disponibile un’unica soluzione per il campo di acce-
lerazione: la migliore stima (Fig. 3) è stata ottenuta associando i dati
sulla distribuzione delle repliche con quelli delle registrazioni delle
accelerazioni al suolo.
Le accelerazioni al suolo hanno un andamento parallelo alla
rottura di faglia, con un’attenuazione più forte verso Sud (verso la
dorsale appenninica) e una maggiore propagazione verso Nord (al di
sotto della pianura padana). Data la distribuzione spaziale delle acce-
lerazioni registrate, il valore interpolato nel sito di San Carlo è intorno
a 0.1g, lievemente inferiore a quello stimato in base all’andamento
dell’attenuazione del moto sismico riportato nella Fig. 2.
Le maggiori accelerazioni registrate a Mirandola (Fig. 4) mostra-
no una durata della strong phase di circa 20 secondi e un contenuto
visibile in basse frequenze delle componenti orizzontali opposto a
quello con più alte frequenze della componente verticale.
LIQUEFAZIONE
Fenomeni di liquefazione sono stati osservati in molti comuni, da
quelli più vicini all’epicentro (San Felice sul Panaro) a Sant’Agostino,
Fig. 1 - Epicentro e meccanismo focale del sisma dell’Emilia (M5.9) del
20 maggio 2012, con la posizione dell’area in cui si è verificata la
maggior parte dei fenomeni di liquefazione (frazione di San Carlo,
Comune di Sant’Agostino)
- Epicentre and focal mechanism of the Emilia 2012 M5.9 Earthquake
along with the position of the site where most of the liquefaction
phenomena occurred (San Carlo, in the Sant’Agostino municipality)
Fig. 2 - Picco di accelerazione al suolo (PGA) e distanza epicentrale. La
linea tratteggiata indica la distanza epicentrale della frazione di San
Carlo nel comune di S.Agostino
- Recorded peak ground accelerations (PGA) vs. epicentral distance.
The dashed red line identifies the epicentral distance of the San
Carlo locality, S.Agostino municipality
background image
EMILIA (ITALY) M5.9 EARTHQUAKE ON 20 MAY 2012: AN UNUSUAL PATTERN OF LIQUEFACTION
77
Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 2 (2012)
© Sapienza Università Editrice
www.ijege.uniroma1.it
dove ha raggiunto il picco massimo. La frazione di San Carlo sorge su
un’antica pianura dove il fiume Reno scorreva da Sud-Ovest a Nord-Est,
prima di essere deviato verso SE nel XVIII secolo per evitare le esonda-
zioni ricorrenti nella pianura di Ferrara. Misure preliminari del rumore
ambientale indicano una frequenza di vibrazione fondamentale costante
di circa 0.8 Hz (Dario Albarello, comunicazione personale), compatibile
con depositi alluvionali sciolti con spessore di varie decine di metri.
La liquefazione ha interessato tutta l’antica pianura fluviale, dal
Comune di Sant’Agostino a quello di Mirabello, esattamente lungo
l’allineamento SW/NE dell’antica pianura del fiume Reno. La zona
più colpita è stata la frazione San Carlo, che fa parte del Comune di
Sant’Agostino. La Figura 5 mostra i siti che hanno avuto i maggiori
fenomeni di liquefazione e dove sono stati raccolti campioni di sabbia.
Procedendo lungo il vecchio corso del fiume Reno da Sud-Ovest
a Nord-Est, diffusi fenomeni di liquefazione sono stati rilevati nel
cimitero, nella parte interna dell’antica pianura fluviale e a San Carlo.
Seguono alcune foto dei tre siti illustrati nella Figura 5.
Prima del sisma il livello statico di falda si trovava a una profondità
di circa 8 m, mentre subito dopo l’evento esso ha raggiunto 1.5-2 m. A
San Carlo vi sono state diffuse fessurazioni del terreno; la liquefazione
ha interessato una superficie di circa 4 ettari, mentre le fuoriuscite di
it reached its peak. The locality of San Carlo lies over an old river plain,
where the Reno river flowed from SW to NE, before being diverted
towards SE in the 18
th
century to eliminate the recurrent floods that af-
fected the plain of Ferrara town. Preliminary measurements of ambient
noise indicate a constant fundamental frequency of vibration of about
0.8 Hz (Dario Albarello, personal communication), which was consist-
Fig. 3 - Campo di accelerazione al suolo basato su analisi geostatistiche (con funzioni a base radiale) delle registrazioni delle accelerazioni al suolo. La carta mostra
anche la posizione della frazione di San Carlo, dove si sono verificati più diffusamente i fenomeni di liquefazione
- Ground acceleration field based on geostatistical analyses (with radial basis functions) of recorded ground accelerations. The position of San Carlo, where
most of the liquefaction phenomena occurred, is also shown on the map
Fig. 4 - Storie temporali rilevate a Mirandola, a 13 km dall’epicentro del
mainshock (M 5.9) verificatosi il 20 maggio. (fonte: RAN, Rete Ac-
celerometrica Nazionale, Dipartimento della Protezione Civile)
- Time-histories recorded at Mirandola, 13 km from the epicentre of
the M5.9 mainshock occurred on 20 May. (source: RAN, National
Accelerometric Network, Department of Civil Protection)
background image
TERREMOTO DELL’EMILIA DEL 20 MAGGIO 2012 (M 5.9): INSOLITI FENOMENI DI LIQUEFAZIONE
78
R.W. ROMEO
ent with a thickness of several tens of metres of loose alluvial deposits.
Liquefaction was detected throughout the old river plain from
Sant’Agostino to the Mirabello municipalities, exactly along the SW-
NE alignment of the old Reno river plain. The most affected locality
was San Carlo, belonging to the Sant’Agostino municipality. Figure
5 shows the sites which experienced the most significant liquefaction
phenomena and where samples of sands were collected.
Following the old course of the Reno River from SW to NE, ex-
tensive liquefaction phenomena were observed in the cemetery, in the
inner side of the old river plain and at San Carlo. The following are
some pictures taken in the three sites of Figure 5.
Before the earthquake, the static water table was around 8 me-
tres below the ground, while soon after the earthquake it reached 1.5-
2 metres below the ground. San Carlo was extensively affected by
ground fissures; liquefaction involved a surface of about 4 hectares
and the sands ejected locally reached a thickness of 60 cm.
Sands were sampled in the three sites of Figure 5 and their grain
size distributions are shown in Figure 9.
The sandy material ejected by ground fissures, such as the one sam-
pled inside the cemetery and at San Carlo, is fairly uniform (uniformity
Fig. 6 - Rifluimenti di sabbia lungo la strada principale che porta al cimitero (sinistra) e vulcanelli nell’antica pianura del Reno (destra)
- Sand deposits along the main road leading to the cemetery (left) and sand boils in the old Reno river plain (right)
Fig. 5 - Siti del Comune di Sant’Agostino dove si sono verificati i maggiori
fenomeni di liquefazione e dove sono stati raccolti campioni di sabbia
- Sites of Sant��gostino municipality where the most signifi cant li�-
Sites of Sant��gostino municipality where the most significant li�-
uefaction phenomena occurred and where samples of sands were
collected
background image
EMILIA (ITALY) M5.9 EARTHQUAKE ON 20 MAY 2012: AN UNUSUAL PATTERN OF LIQUEFACTION
79
Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 2 (2012)
© Sapienza Università Editrice
www.ijege.uniroma1.it
sabbia in superficie hanno raggiunto uno spessore di 60 cm. Le sabbie
sono state campionate nei tre siti della Fig. 5; la relativa granulome-
tria è riportata nella Fig. 9. Il materiale sabbioso espulso in superficie
lungo le fessurazioni del terreno, come quello campionato nel cimi-
tero e a San Carlo, è abbastanza uniforme (coefficiente di uniformità:
circa 3) e quasi esclusivamente costituito da sabbie, mentre quello
prelevato dai vulcanelli è meno uniforme (coefficiente di uniformità:
circa 10) e più fine (sabbia limosa o limo sabbioso). Le principali
proprietà fisiche di tale materiale sono riassunte nella Tab. 1.
Unit weight of
soil particles
kN/m
3
Dry unit weight
kN/m
3
Void
index
Porosity
(%)
Uniformity
coefficient
C
u
25.5 - 26.0
12.8 - 15.7
1.01 - 0.65
39 - 50
3 - 12
Tab. 1 - Principali proprietà fisiche delle sabbie espulse in superficie durante i
fenomeni di liquefazione (prove di laboratorio). Alcune prove spedi-
tive effettuate sulle sabbie campionate a San Carlo hanno consentito
di ottenere l’inviluppo di resistenza al taglio riportato nella Fig. 10
- Main physical properties of sands ejected during liquefaction (la-
boratory testing). Some expeditious strength tests conducted on the
sands sampled at San Carlo indicated the shear strength envelope
shown in Fig. 10
Fig. 7 - Accumuli di sabbia sulle strade di San Carlo
- Massive deposits of sands covering roads at San Carlo
Fig. 8 - Fessurazioni del terreno con espulsione di sabbia. Box auto con uno spessore di sabbia di circa 60 cm
- Ground fissures from which sands were ejected and car boxes filled with about 60 cm-thick sands
background image
TERREMOTO DELL’EMILIA DEL 20 MAGGIO 2012 (M 5.9): INSOLITI FENOMENI DI LIQUEFAZIONE
80
R.W. ROMEO
Rilievi geotecnici e geofisici in sito, tuttora in corso, permetteranno
di stabilire le proprietà fisiche e meccaniche dei depositi sotterranei.
I danneggiamenti verificatisi nella frazione di San Carlo sono
dovuti alla liquefazione. Infatti, ad eccezione degli edifici antichi in
muratura e laterizi lesionati in conseguenza del moto sismico, la mag-
gior parte dei danni alle costruzioni in cemento armato è dovuta alle
deformazioni del suolo indotte dalla liquefazione, dalle fessurazioni
del terreno e anche dagli spostamenti degli antichi argini fluviali. La
Fig. 11 mostra i danni al seminterrato della Chiesa di San Carlo.
La Chiesa di San Carlo è una struttura in cemento armato di costru-
zione recente, che ha subito lievi danni a causa delle scosse sismiche.
Tuttavia, il seminterrato si è sollevato di circa 60 cm in conseguenza
della liquefazione e sta subendo assestamenti differenziali a causa della
dissipazione delle sovrappressioni idriche indotte dalle scosse sismiche
e del compattamento del sottosuolo indotto dalle vibrazioni sismiche.
coefficient: around 3) and almost exclusively consisting of sands, while
the samples taken near sand boils are less uniform (uniformity coeffi-
cient: around 10) and finer (silty sand or sandy silt). Their main physical
properties are summarized in Table 1.
At the time of writing, in-situ geotechnical and geophysical in-
vestigations are under way; these investigations will reveal the physi-
cal and mechanical properties of underground deposits.
The damages in San Carlo were driven by liquefaction. Indeed, ex-
cept for old masonry and brick buildings that suffered damage due to
earthquake shaking, most of the damage to reinforced-concrete buildings
was due to ground failures induced by liquefaction, ground fissures and
ground displacements of the old river banks, too. Figure 11 shows the un-
derground floor of the Church of San Carlo with an example of damage.
The Church of San Carlo is a recently-built reinforced-concrete
structure, which suffered minor damage due to ground shaking. How-
ever, the underground floor lifted up owing to liquefaction by about 60
cm and is now settling in a differential manner due to dissipation of
water overpressures induced by earthquake shaking and compaction
of underground soil owing to the vibratory motion of the earthquake.
CURRENT INVESTIGATIONS AND PRELIMINARY
FINDINGS
Despite no seismic record of the mainshock is available in the area
most affected by liquefaction, many temporary seismic stations were
placed in the epicentral area, which recorded several aftershocks. A
plausible second mainshock with moment magnitude 5.8 struck the
region on 29 May 2012, at a closer distance to Mirandola than the first
mainshock (3 vs. 13 km, respectively). This shock was recorded both
by the Mirandola permanent seismic station and by the Sant’Agostino
temporary seismic station. Figure 12 compares the response spectra
derived from the time-histories recorded by the two seismic stations.
It’s worth noting the unusual pattern of the vertical component in both
Fig. 10 - Resistenza al taglio (determinata in sito) delle sabbie espulse in su-
perficie durante la liquefazione
- In-situ determined shear strength of sands ejected during liquefaction
Fig. 11 - Danni al seminterrato della Chiesa di San Carlo
- Damage to the underground floor of the San Carlo Church
Fig. 9 - Granulometria di quattro campioni di sabbie prelevati nei siti della
Figura 5
- Grain size distribution of four samples of sands taken in the sites
shown in Figure 5
background image
EMILIA (ITALY) M5.9 EARTHQUAKE ON 20 MAY 2012: AN UNUSUAL PATTERN OF LIQUEFACTION
81
Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 2 (2012)
© Sapienza Università Editrice
www.ijege.uniroma1.it
INDAGINI IN CORSO E RISULTATI PRELIMINARI
Anche se non si dispone di registrazioni sismiche del mainshock
nell’area maggiormente colpita dalla liquefazione, molte stazioni si-
smiche temporanee, installate nell’area epicentrale, hanno rilevato nu-
merose repliche. Un plausibile secondo mainshock con una magnitudo
momento di M 5.8 ha colpito la regione il 29 maggio 2012, più vicino a
Mirandola rispetto al primo (3 km rispetto a 13 km). Questa scossa è sta-
ta rilevata sia dalla stazione sismica permanente di Mirandola, sia dalla
stazione temporanea di Sant’Agostino. La Figura 12 raffronta gli spettri
di risposta ricavati dalle serie storiche registrate dalle due stazioni.
E’ il caso di sottolineare l’insolito andamento della componente
verticale in entrambe le registrazioni sismiche. Mentre a Mirandola
la componente verticale ha superato di gran lunga quelle orizzontali
alle alte frequenze, a Sant’Agostino la componente verticale è stata
più elevata alle basse frequenze, vicine a quelle di risonanza (intorno
a 0.8-1 Hz) dei livelli di terreno rilevate attraverso misure del rumore
ambientale (Albarello, comunicazione personale).
I segnali sismici registrati a Sant’Agostino evidenziano lunghe
code e onde armoniche, come risulta dalla Figura 13.
Indagini di dettaglio sono state svolte in sito subito dopo il main-
shock (Gruppo di Lavoro Liquefazione - Regione Emilia-Romagna).
In funzione del quadro geologico, sono state effettuate prove geotec-
niche e geofisiche al fine di caratterizzare i livelli del suolo interessati
dalla liquefazione dal punto di vista fisico e meccanico.
La Figura 14 mostra il profilo tipico del suolo nell’area interessa-
ta dalla liquefazione e i risultati delle prove in sito geofisiche e geo-
the seismic records. While at Mirandola the vertical component largely
overcame the horizontal ones at the high frequencies, at Sant’Agostino
the vertical component was higher at low frequencies, near the resonance
frequencies (around 0.8-1 Hz) of the soil layers detected through ambi-
ent noise measurements (Albarello, personal communication).
The seismic signals recorded at Sant’Agostino show long queues
and harmonic waves as apparent from Figure 13.
Detailed field investigations were carried out soon after the main-
shock (Working-Group Liquefaction, Emilia-Romagna Region).
They consisted of geotechnical and geophysical tests aimed to point
out the geological framework and to derive physical and mechanical
properties of the soil layers affected by liquefaction.
A typical soil profile of the area affected by liquefaction is shown
in Figure 14 along with on-site geophysical and geotechnical testing.
The average shear wave velocity profile is shown along with the range
of Vs-values deriving from seismic cone penetration tests (SCPTU).
In the same graph the results of standard penetration tests (SPT blow-
counts) are shown, too. Soil stiffness progressively increases with
depth according to the character of normally-consolidated soils.
Two main sandy layers have been well recognized at depths of 7
to 12 meters and 20 to 25 meters, with uniform coefficients from 2
to 4. They are confined within finer soils with soil plasticity between
15 and 40%.
Dynamic laboratory testing were carried out to investigate the
non-linear soil behaviour, whose trend is shown in Fig. 15.
Viscous damping appears to be poorly dependent on the grain
Fig. 12 - Spettri di risposta tripli del secondo mainshock (M5.8) del 29 maggio registrati a Mirandola (sinistra) e a Sant’Agostino (destra)
- Tripartite response spectra of the second mainshock (M5.8 on 29 May) recorded at Mirandola (left) and Sant’Agostino (right)
background image
TERREMOTO DELL’EMILIA DEL 20 MAGGIO 2012 (M 5.9): INSOLITI FENOMENI DI LIQUEFAZIONE
82
R.W. ROMEO
tecniche. E’ illustrato il profilo di velocità media delle onde di taglio
e il campo di valori Vs ottenuti dalle prove penetrometriche con cono
sismico (SCPTU). Il grafico mostra anche i risultati delle prove pe-
netrometriche (SPT blow-counts). La rigidità del suolo cresce pro-
gressivamente con la profondità, in accordo con le caratteristiche dei
terreni normal consolidati.
Due principali livelli sabbiosi sono stati riconosciuti a profondità
di 7-12 m e 20-25 m, con coefficienti di uniformità di 2-4, contenuti
all’interno di suoli più fini con una plasticità del 15-40%.
Prove dinamiche di laboratorio sono stati condotte per studiare
il comportamento non lineare del suolo, il cui andamento è riportato
nella Figura 15.
Lo smorzamento viscoso, contrariamente alla rigidità, non sem-
size opposite to stiffness. Sandy and silty layers show to behave al-
most equally, while clays are clearly more elastic than sands and silts.
CONCLUSIONS
The Emilia 2012 M5.9 Earthquake induced an unusual pattern of
ground failures in a wide area roughly coinciding with the epicentral
area of the aftershocks distribution. Among them, the most signifi-
cant and damaging ones were extensive liquefaction phenomena. Al-
though liquefaction is not unusual in strong earthquakes and in loose
saturated deposits, it has been never reported to such an extent in
Fig. 14 - Risultati delle prove geotecniche in sito. Profilo verticale delle onde
di taglio
- Shear waves vertical profi le with stratigraphy and on-site geotech-
Shear waves vertical profile with stratigraphy and on-site geotech-
nical testing
Fig. 13 - Storie temporali registrate a Sant’Agostino durante il secondo
mainshock del 29 maggio di M 5.8. (fonte: RAN, Rete Accelerome-
trica Nazionale, Dipartimento di Protezione Civile)
- Time-histories recorded at Sant’Agostino during the second main-
shock on 29 May, M5.8. (source: RAN, National Accelerometric
Network, Department of Civil Protection)
background image
EMILIA (ITALY) M5.9 EARTHQUAKE ON 20 MAY 2012: AN UNUSUAL PATTERN OF LIQUEFACTION
83
Italian Journal of Engineering Geology and Environment, 2 (2012)
© Sapienza Università Editrice
www.ijege.uniroma1.it
bra dipendere molto dalla granulometria. I livelli sabbiosi e limosi
hanno un comportamento quasi identico, mentre le argille presentano
una differente risposta deformativa rispetto alle sabbie e ai limi.
CONCLUSIONI
Il sisma dell’Emilia del 2012 (M 5.9) ha indotto insoliti effetti
deformativi del suolo su una vasta area coincidente con quella epi-
centrale corrispondente alla distribuzione delle repliche. Fra questi
effetti, quelli più rilevanti e dannosi sono da ricondurre a diffusi fe-
nomeni di liquefazione. Sebbene la liquefazione non sia un fenomeno
insolito durante i forti terremoti e in presenza di depositi sciolti saturi,
una liquefazione di entità pari a quella registrata in Emilia non è stata
mai documentata in Italia. Infatti, i pochi casi di liquefazione segna-
lati sono, fra i sismi più recenti, quelli del Friuli nel 1976 e quello
dell’Irpinia nel 1980 (M
aRtino
et alii, 2012). Tuttavia, la magnitudo
di questi ultimi è stata superiore a quella dell’Emilia, ma le aree inte-
ressate sono risultate meno suscettibili alla liquefazione. Liquefazioni
storiche sono documentate nella stessa area in conseguenza di almeno
due sismi, nel 1570 e nel 1624 d.C. (P
Restininzi
& R
oMeo
, 2000; G
al
-
li
, 2000). Dalle prime indagini svolte, è possibile trarre le seguenti
conclusioni preliminari:
1) la presenza di depositi sciolti ha prolungato la durata del moto si-
smico, inducendo carichi ciclici e determinando incrementi delle
pressioni interstiziali ben superiori ai carichi verticali;
2) forti movimenti del terreno si sono verificati in tutta l’area inte-
ressata dalla liquefazione, in particolare in corrispondenza della
“parete” della faglia sismogenetica;
3) geologicamente, l’area è un’antica pianura fluviale, dove i mean-
dri del fiume hanno depositato banchi di sabbia e limo. I terreni
alluvionali sono molto giovani (Olocene) e sciolti, quindi molto
suscettibili agli effetti di liquefazione;
4) la distribuzione granulometrica dei terreni liquefatti è abbastanza
uniforme nel campo delle sabbie limose;
5) il livello statico di falda (testimoniato dalla popolazione locale)
indica che la liquefazione si è verificata a una profondità di circa
10 m dalla superficie.
La liquefazione ha modificato la densità relativa dei terreni,
come dimostrato dal secondo forte mainshock del 29 maggio (M
5.8); questa scossa non ha prodotto nell’area fenomeni compara-
bili a quelli della prima. Tuttavia, occorre approfondire la cono-
scenza degli antichi alvei fluviali e delle caratteristiche geotecniche
dei terreni interessati. Questo è l’unico modo per individuare aree
suscettibili di liquefazione e per prevenirne gli effetti indesiderati,
in quanto i sismi locali hanno dimostrato di avere un’energia (in
termini di ampiezza e durata) tale da indurre, in tutta l’area colpita,
cicli sismici in grado di incrementare la pressione interstiziale di
una falda molto vicina alla superficie.
Italy. In effect, among the most recent earthquakes, few instances of
liquefaction were only reported for the Friuli earthquake in 1976 and
the Irpinia earthquake in 1980 (M
aRtino
et alii, 2012). Nevertheless,
the magnitude of the latter earthquakes was higher than the Emilia
one but the affected areas were less prone to liquefaction. Historical
liquefaction is documented in the same area as a consequence of at
least two past earthquakes, in 1570 and 1624 A.D. (P
Restininzi
&
R
oMeo
, 2000; G
alli
, 2000). The following preliminary findings may
be outlined on the basis of the first investigations carried out:
1) Loose deposits increased the duration of the earthquake motion,
thus inducing cycles of loading that increased pore water pres-
sures well above vertical loads;
2) Strong ground motion occurred throughout the area affected by
liquefaction, namely on the hanging wall of the causative fault;
3) Geologically, the area is an old river plain, where the river wandered
depositing seams of sands and silts. Alluvial soils are very young
(Holocene) and loose thus being very prone to liquefaction effects;
4) The grain size distribution of liquefied soils is quite uniform in
the field of silty sands;
5) the static water table (as reported by the locals) suggests that lique-
faction occurred at a depth of about 10 metres from the ground level.
Liquefaction changed the relative density of local soils, as dem-
onstrated by a second large mainshock which took place on 29 May
(M5.8); this shock did not produce phenomena comparable to those
caused by the first shock in the area. Nevertheless, the need arises for
deeply investigating the pattern of the old river channels and the geo-
technical nature of the soils involved. This is the only way to identify
liquefaction-prone areas and to prevent such an undesirable effect,
since the local earthquakes have proved to possess enough energy (in
terms of amplitude and duration) to induce earthquake cycles capable
of increasing the pore pressure of a water table lying very close to the
ground surface throughout the struck area.
Fig. 15 - Rigidità e curve di variazione dello smorzamento in funzione delle
deformazioni di taglio per i suoli tipici del sito indagato
- Stifness and damping variation curves as a function of shear strain
for typical soils of the investigated site
background image
TERREMOTO DELL’EMILIA DEL 20 MAGGIO 2012 (M 5.9): INSOLITI FENOMENI DI LIQUEFAZIONE
84
R.W. ROMEO
RINGRAZIAMENTI
L’Autore ringrazia tutti coloro che hanno contribuito, in modo
diretto o indiretto, al presente lavoro e in particolare: Gianluigi To-
nelli per le prove di laboratorio; Milena Mari e Giulio Pappafico per
le analisi geostatistiche; Dario Albarello and Yoshi Fukushima per
i costruttivi scambi di opinione; Cristiano Guerra per l’assistenza
prestata durante i campionamenti; Alberto Prestininzi per il suo sti-
molante impegno; Luca Martelli e Giuseppe Naso per i dati preziosi
forniti. Un ringraziamento particolare va alla popolazione locale, che
è sempre stata cortese anche in una situazione tragica.
ACKNOWLEDGMENTS
The Author thanks all the people who directly or indirectly con-
tributed to this work and especially: Gianluigi Tonelli for laboratory
tests; Milena Mari and Giulio Pappafico for geostatistical analyses;
Dario Albarello and Yoshi Fukushima for constructive discussions;
Cristiano Guerra for sampling support; Alberto Prestininzi for stimu-
lating efforts; Luca Martelli and Giusepe Naso for valuable informa-
tion. Special thanks go to the local people who always showed kind-
ness even at a tragic time.
REFERENCES / OPERE CITATE
G
alli
P. (2000) - New empirical relationships between magnitude and distance for li�uefaction. Tectonophysics, 324: 169-187.
M
aRtino
s., P
Restininzi
a. & R
oMeo
R.W. (2012) - An upgrade of the Italian catalogue of earthquake-induced ground failures, CEDIT. Proceedings of the 15th World
Conference on Earthquake Engineering, Lisbon-Portugal, September 20-24 2012, paper No. 2419.
P
Restininzi
a. & R
oMeo
R.W. (2000) - Earthquake-Induced Ground Failures in Italy. Engineering Geology, 58 (3-4): 387-397.
RAN (Italian Accelerometric Network) - Department of Civil Protection. URL: http://www.protezionecivile.gov.it/jcms/it/ran.wp
W
oRkinG
-G
RouP
l
iquefaction
, e
Milia
-R
oMaGna
R
eGion
. URL: http://ambiente.regione.emilia-romagna.it/geologia/temi/sismica/liquefazione-gruppo-di-lavoro
Received June 2012 - �ccepted October 2012
Statistics