SHINE: Web Application for Determining the Horizontal Stress Orientation

Interpolating the orientation of the maximum horizontal compressive stress with a well-established procedure is fundamental in understanding the present-day stress field. This paper documents the design principles, strategies and architecture of SHINE (http://shine.rm.ingv.it/), a web-based application for determining the maximum horizontal compressive stress orientation. The interpolation using SHINE can be carried out from a global database or from a custom file uploaded by the user. SHINE satisfies the usability requirements by striving for effectiveness, efficiency and satisfaction as defined by the International Organization for Standardization (ISO) covering ergonomics of human-computer interactions. Our main goal was to build a web-based application with a strong “outside-in” strategy in order to make the interpolation technique available to a wide range of Earth Science disciplines. SHINE is an easy-to-use web application with a straightforward interface guaranteeing quick visualization of the results, which are downloadable in several formats. SHINE is offered as an easy and convenient web service encouraging global data sharing and scientific research collaboration. Within this paper, we present a possible use of SHINE, determining fault kinematics compatibility with respect to the present-day stress field

Esperienza di misura mediante lo strumento tromino per lo studio delle vibrazioni e delle sollecitazioni naturali e antropiche

Il rumore sismico ambientale è l’insieme delle piccole vibrazioni sismiche presenti ovunque sulla superficie terrestre e generate da sorgenti naturali o antropiche. Tra gli esempi più significativi, si può pensare agli effetti delle perturbazioni atmosferiche sulle onde oceaniche ed alla loro propagazione sul continente come onde di superficie, al traffico veicolare e alle attività industriali, che producono onde superficiali di Rayleigh, e, in generale, all’attività dinamica terrestre. Le onde sismiche che ne derivano sono tipicamente a bassa energia, con ampiezze dell’ordine di 10-4/10-2 mm [Okada, 2003]. Inoltre, in base al contenuto in frequenza inferiore o superiore a 0.5 Hz, si parla rispettivamente di microsismica (primariamente di origine naturale) o microtremore (di origine generalmente antropica). Il rumore sismico ambientale è una sorgente di eccitazione per la risonanza del sottosuolo e degli edifici, da cui la possibilità di estrarre da esso, mediante opportune tecniche di analisi, informazioni interessanti sui sistemi risonanti studiati. Il rumore sismico può usarsi per lo studio della stratigrafia del terreno, sulla base dell’analisi degli spettri di potenza dei segnali e dei rapporti spettrali [Kanai e Tanaka, 1954; Lermo, 1993; Yamanaka et al., 1993]. In particolare, il metodo dei rapporti spettrali H/V è particolarmente interessante perché consente di ottenere informazioni affidabili utilizzando strumentazione di basso costo e facile impiego. Esso è basato sul calcolo del rapporto degli spettri di Fourier del rumore nel piano orizzontale H (generalmente lo spettro H viene calcolato come media degli spettri di Fourier delle componenti orizzontali NS ed EW) e della componente verticale V [Nakamura, 1989]. Il significato teorico del rapporto spettrale H/V è abbastanza immediato nel caso in cui si consideri un mezzo semplice formato da due soli strati: il bedrock, cioè lo strato duro e profondo, ed uno strato superficiale più soffice. Si immagini che l’onda di superficie che viaggia nello strato superficiale sia riflessa all’interfaccia tra gli strati e interferisca costruttivamente con le onde incidenti, sommandosi e raggiungendo ampiezze massime per l’effetto di risonanza. Ciò accade quando la lunghezza dell’onda incidente !m è tale che = 4H /(2m !1) m " , con m =1, 2,L, dove il fattore 4 /(2m!1) ) deriva dal fatto che, all’interfaccia tra un mezzo soffice ed uno duro, avviene inversione di fase. Le corrispondenti frequenze di risonanza sono pertanto date da (2 1) 4 = m ! H V f s m , (1) dove s V è la velocità di propagazione delle onde di superficie nel mezzo considerato. Poiché il modo fondamentale m = 1 è nettamente dominante rispetto a quelli superiori, si ha semplicemente H V f s r 4 = , (2) frequenza di risonanza che può individuarsi quale picco del rapporto H/V. Le frequenze proprie del sottosuolo possono essere quindi eccitate dal rumore di fondo e diventare visibili nello spettro del rumore sismico misurato in superficie. Il rumore sismico ambientale può anche essere utilizzato per identificare le frequenze proprie di vibrazione di un edificio. Un tale tipo di applicazione è profondamente diverso da quella che impiega i rapporti H/V, e i metodi di processamento dell’informazione sono piuttosto diversi, ma la strumentazione da utilizzare è esattamente la stessa perché in entrambi i casi l’obiettivo è estrarre informazione significativa da debole rumore sismico. In particolare, è attualmente disponibile uno strumento particolarmente compatto, economico e di semplice utilizzo come il tomografo digitale Tromino [Castellaro et al. 2005], grazie al quale questi metodi di sismica passiva hanno iniziato ad avere larga diffusione nella valutazione degli effetti di sito [Mulargia et al. 2007]. Nel caso in cui la frequenza di risonanza del sottosuolo coincida con quella di un edificio presente, in caso di terremoto può aversi un fenomeno di accoppiamento fra le due modalità di vibrazione. Questo effetto di amplificazione sismica produrrà un grande aumento della sollecitazione sugli edifici. Per questo motivo, l’amplificazione sismica è oggi considerata la prima causa dei danni indotti dal 6 terremoto e per questo motivo una attenta analisi delle frequenze caratteristiche dei siti viene effettuata nella fase di progettazione degli edifici. Va inoltre considerato che la stima delle frequenze di risonanza degli edifici può essere monitorata nel tempo, nella ben fondata ipotesi che un cambiamento sensibile dei modi principali della struttura sia legata al danneggiamento o all’alterazione della struttura stessa. In generale, un danneggiamento si traduce infatti in una diminuzione sia della frequenza di risonanza per ciascun modo, sia nella diminuzione del rapporto di smorzamento, tanto che l’analisi modale sperimentale (experimental modal analysis, o EMA) è correntemente utilizzata nella valutazione con tecniche non distruttive dello stato di salute di una struttura. In questo lavoro viene descritta una esperienza effettuata dall’INGV (Sezione di Bologna) di osservazione e di analisi dei dati rilevati mediante Tromino in un edificio situato in una zona altamente trafficata da mezzi e veicoli pesanti. Gli obiettivi di questa prima esperienza sono: (i) misurare le vibrazioni a cui gli edifici sono soggetti per effetto del traffico stradale, in modo da verificare se le normative vigenti in merito sono rispettate oppure no; (ii) fornire una prima stima delle frequenze di risonanza dell’edificio, da verificare in futuro in ulteriori sessioni di misura, operando in modo da rendere possibile un’analisi modale sperimentale completa a partire dai dati acquisiti ora

Testing Different Tectonic Models for the Source of the M w 6.5, 30 October 2016, Norcia Earthquake (Central Italy): A Youthful Normal Fault, or Negative Inversion of an Old Thrust?

We adopted a multidisciplinary approach to investigate the seismotectonic scenario of the 30 October 2016, Mw 6.5, Norcia earthquake, the largest shock of the 2016\u20132017 central Italy earthquake sequence. First, we used seismological and geodetic data to infer the dip of the main slip patch of the seismogenic fault that turned out to be rather low\u2010angle (~37\ub0). To evaluate whether this is an acceptable dip for the main seismogenic source, we modeled earthquake deformation using single\u2010 and multiple\u2010fault models deduced from aftershock pattern analyses. These models show that the coseismic deformation generated by the Norcia earthquake is coherent with slip along a rather shallow\u2010dipping plane. To understand the geological significance of this solution, we reconstructed the subsurface architecture of the epicentral area. As the available data are not robust enough to converge on a single fault model, we built three different models encompassing all major geological evidence and the associated uncertainties, including the tectonic style and the location of major d\ue9collement levels. In all models the structures derived from the contractional phase play a significant role: from controlling segmentation to partially reusing inherited faults, to fully reactivating in extension a regional thrust, geometrically compatible with the source of the Norcia earthquake. Based on our conclusions, some additional seismogenic sources falling in the eastern, external portions of the Apennines may coincide with inherited structures. This may be a common occurrence in this region of the chain, where the inception of extension is as recent as Middle\u2010Upper Pleistocene

Monitoraggio in area sismica di beni monumentali: tecniche NDT e procedure di verifica

Negli ultimi anni il concetto di vulnerabilità sismica è tristemente entrato a far parte delle conoscenze anche dei non addetti ai lavori. Infatti, gli eventi sismici che hanno interessato dagli inizi del ‘900 il territorio Italiano, hanno sistematicamente messo in risalto l’elevata vulnerabilità sismica del nostro patrimonio edilizio, ivi compresi i beni monumentali, nonché, l’inesistenza di qualsiasi attività di programmazione della manutenzione periodica ordinaria e straordinaria delle strutture sismo-resistenti, che garantiscono nel tempo la conservazione delle loro capacità di risposta alle perturbazioni esterne.Il progetto PON sul Monitoraggio in Area Sismica di SIstemi MOnumentali nasce con la prerogativa di produrre uno strumento dedicato alla tutela di strutture a valenza storico – artistica, attraverso un percorso di catalogazione, di analisi del bene inteso come elemento costituito da elementi resistenti e da materiali, di studio del sito dove la struttura è ubicata e di attività di monitoraggio

Blast-induced liquefaction in silty sands for full-scale testing of ground improvement methods: Insights from a multidisciplinary study

In the engineering geology field increased attention has been posed in recent years to potential liquefaction mitigation interventions in susceptible sand formations. In silty sands this is a major challenge because, as the fines content increases, vibratory methods for densification become progressively less effective. An alternative mitigation technique can be the installation of Rammed Aggregate Pier\uae (RAP) columns that can increase the resistance of the soil, accounting for its lateral stress increase and for the stiffness increase from soil and RAP composite response. To investigate the influence of these factors on liquefaction resistance, full-scale blast tests were performed at a silty sand site in Bondeno (Ferrara, Italy) where liquefaction was observed after the 2012 Emilia-Romagna earthquake. A multidisciplinary team of forty researchers carried out devoted experimental activities aimed at better understanding the liquefaction process at the field scale and the effectiveness of the treatment using inter-related methods. Both natural and improved areas were investigated by in-situ tests and later subjected to controlled blasting. The blast tests were monitored with geotechnical and geophysical instrumentation, topographical surveying and geological analyses on the sand boils. Results showed the RAP effectiveness due to the improvement of soil properties within the liquefiable layer and a consequent reduction of the blast-induced liquefaction settlements, likely due to soil densification and increased lateral stress. The applied multidisciplinary approach adopted for the study allowed better understanding of the mechanism involved in the liquefaction mitigation intervention and provided a better overall evaluation of mitigation effectiveness

Earthquake rupture forecasts for the mps19 seismic hazard model of Italy

In recent years, new approaches for developing earthquake rupture forecasts (ERFs) have been proposed to be used as an input for probabilistic seismic hazard assessment (PSHA). Zone-based approaches with seismicity rates derived from earthquake catalogs are commonly used in many countries as the standard for national seismic hazard models. In Italy, a single zone-based ERF is currently the basis for the official seismic hazard model. In this contribution, we present eleven new ERFs, including five zone-based, two smoothed seismicity-based, two fault-based, and two geodetic-based, used for a new PSH model in Italy. The ERFs were tested against observed seismicity and were subject to an elicitation procedure by a panel of PSHA experts to verify the scientific robustness and consistency of the forecasts with respect to the observations. Tests and elicitation were finalized to weight the ERFs. The results show a good response to the new inputs to observed seismicity in the last few centuries. The entire approach was a first attempt to build a community-based set of ERFs for an Italian PSHA model. The project involved a large number of seismic hazard practitioners, with their knowledge and experience, and the development of different models to capture and explore a large range of epistemic uncertainties in building ERFs, and represents an important step forward for the new national seismic hazard model

A database of the coseismic effects following the 30 October 2016 Norcia earthquake in Central Italy

We provide a database of the coseismic geological surface effects following the Mw 6.5 Norcia earthquake that hit central Italy on 30 October 2016. This was one of the strongest seismic events to occur in Europe in the past thirty years, causing complex surface ruptures over an area of >400 km 2. The database originated from the collaboration of several European teams (Open EMERGEO Working Group; about 130 researchers) coordinated by the Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia. The observations were collected by performing detailed field surveys in the epicentral region in order to describe the geometry and kinematics of surface faulting, and subsequently of landslides and other secondary coseismic effects. The resulting database consists of homogeneous georeferenced records identifying 7323 observation points, each of which contains 18 numeric and string fields of relevant information. This database will impact future earthquake studies focused on modelling of the seismic processes in active extensional settings, updating probabilistic estimates of slip distribution, and assessing the hazard of surface faulting

Information technology tools for the valorisation of seismology’s historical documentary heritage

In the past few decades historical documentation of a scientific and non-scientific nature has taken on critical importance in the different sectors of seismology: historical seismology and historical seismometry. Modern technologies offer unique opportunities for cataloguing and efficiently distributing the reproductions or digital versions of scientific letters. Over the last 20 years SGA (Storia Geofisica Ambiente) has set up and promoted, within the scope of the TROMOS (INGV-SGA) and EUROSEISMOS (INGV-SGA) projects, initiatives for the cataloguing, reproduction, study and dissemination of documentation relating to the history of seismology in both Italy and Europe. This approach, based on the application of modern technologies, has enabled us to achieve a rigorous processing and study of documents using the most appropriate information technology tools. The techniques we have used encourage the dissemination and study of historical scientific documentation seeking to bring together scholars and research groups within a new disciplinary community dedicated to studying the history of earth sciences.Published739-7592T. Tettonica attivaJCR Journalope