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Oggetto:

SISMOLOGIA E MECCANICA DEI TERREMOTI

Oggetto:

Seismology and Earthquake Mechanics

Oggetto:

Anno accademico 2019/2020

Codice attività didattica
STE0076
Docente
Sergio Carmelo Vinciguerra (Titolare del corso)
Corso di studio
Corso di Laurea Magistrale in Scienze Geologiche Applicate
Anno
1° anno, 2° anno
Tipologia
A scelta dello studente
Crediti/Valenza
6
SSD attività didattica
GEO/10 - geofisica della terra solida
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Italiano
Frequenza
Consigliata
Tipologia esame
Scritto ed orale
Prerequisiti

Conoscenze di base di geologia applicata, geotecnica e classificazione geomeccanica degli ammassi rocciosi
Nozioni di base dei metodi geofisici applicati e delle proprietà fisiche delle formazioni geologiche
Nozioni di base sui caratteri petrografici e petrochimici delle rocce magmatiche, sedimentarie e metamorfiche e di analisi microstrutturali e analitiche.
Nozioni di base dei meccanismi deformativi, della reologia dei geomateriali e di analisi strutturale
Nozioni di base di sismologia, vulcanologia e geotermia.

Basic knowledges of applied geology, geotechnics, and geomechanical classification of rock masses
Basic principles of applied geophysical methods and physical properties of lithologies
Basic principles of peetrography and petrochemistry for magmatic, sedimentary and metamorphic rocks and microstructural and analitical analyses
Basic principles of deformation mechanisms, rheology of geomaterials and structural analysis
Basic principles of seismology, volcanology and geothermy
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Sommario del corso

Oggetto:

Obiettivi formativi

L’insegnamento si propone di fornire strumenti teorici e sperimentali finalizzati alla conoscenza dei processi di generazione dei terremoti e di propagazione delle onde sismiche. Lo studente sarà introdotto alle cause e modalita’ che generano un terremoto, all’analisi e la modellistica dei dati sismici per la determinazione dei principali parametri di sorgente, la determinazione delle aree sismotettonicamente attive e di forti tereremoti, le metodologie per la riduzione del rischio sismico e di previsione dei terremoti. In particolare verranno sviluppate tecniche di laboratorio finalizzate alla misura di parametri fisico-meccanici delle rocce e alla descrizione del comportamento reologico durante i processi deformativi pre-rottura e cosismici.

The course aims to provide theoretical and experimental tools finalised to the knowledge of earthquakes generation processes and waves propagation. The student will be introduced to the processes driving earthquake ruptures, to the analysis and modelling of seismic data to determine the main source parameters and to the seismotectonically active areas for big earthquakes, and the methodologies for seismic hazard mitigation and earthquakes forecasting. In detail laboratory techniques will be developed finalised to the measurement of rocks physico-mechanical parameters and to the description of the rheological behaviour during the pre-failure and coseismic deformation processes. 

Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

Conoscenza e capacità di comprensione
Alla fine di questo insegnamento lo studente dovrà:
- avere conoscenze di base sui processi di generazione dei terremoti e di propagazione delle onde sismiche;
- conoscere le principali metodologie di indagine sismologica per il supporto di indagini geofisiche e geologiche;
- conoscere gli aspetti meccanici che controllano l’enucleazione e propagazione dei terremoti in relazione alle problematiche geologiche;
- valutare quantitativamente la validità di una ipotesi teorica.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Alla fine di questo insegnamento lo studente saprà:
- identificare i processi meccanici fondamentali che controllano la generazione dei terremoti e definire i modelli sismologici di riferimento;
- descrivere i diversi metodi sismologici trattati in termini di acquisizione di dati, elaborazione e modellizzazione;
- utilizzare correttamente le misure quantitative sperimentali e analitiche per la descrizione dei parametri meccanici che controllano la propagazione delle onde;
- discutere e collegare metodologie di analisi e di interpretazione di dati sismologici sia in termini di fondamenti teorici che sperimentali e con riferimento sia alla scala globale che alla scala regionale;
- applicare metodi sismologici a diversi esempi pratici, anche in riferimento al monitoraggio e alla valutazione dei rischi naturali e indotti.

Autonomia di giudizio
Al termine dell’insegnamento lo studente saprà formulare un giudizio:
- sugli aspetti meccanici legati all’accadimento dei terremoti;
- sulle metodologie sismologiche più adatte alle diverse scale di indagine;
- sulle caratteristiche dei dati trattati e sulla correttezza delle indagini sismologiche effettuate.

Abilità comunicative
Alla fine dell’insegnamento lo studente dovrà sapere:
- utilizzare il linguaggio tecnico della sismologia.
- relazionarsi con figure professionali che si occupano di indagini sismologiche sia in ambito di ricerca che nella libera professione.

Capacità di apprendimento
Alla fine di questo insegnamento lo studente avrà le capacità di studio autonomo e di valutazione critica sugli aspetti sismo-meccanici che caratterizzano il sistema Terra e sull’applicabilità e utilità di diversi metodi sismologici in diversi contesti geologici.

Knowledge and understanding
At the end of this teaching the student will:
- achieve basic knowledge on earthquakes genesis and seismic waves propagation; 
- know the main seismological methods for supporting geophysical and geological investigations; 
- know the mechanics controlling earthquakes enucleation and propagation with relation to geological applications; 
- quantitatively evaluate the robustness of a theoretical hypothesis.

Ability to apply knowledge and understanding
At the end of this teaching the student will know how:
- to identify the mechanical processes fundamentally controlling earthquakes generation and define the reference seismological models;
- to explain different seismological methods in terms of data acquisition, analysis and modeling; 
-to properly use the quantitative experimental and analytical measurements to describe the mechanical parameters underlying wave propagation;   
- to discuss and link methods and seismological data analysis both in therms of theoretical aspects or experimental with particular reference to the global and regional scale;   
- to apply seismological methods to several practical examples, with particular reference to monitoring and natural and induced hazards assessment. 

Autonomy of judgment
At the end of the course the student will be able to formulate an opinion:
- on mechanical processes related to earthquakes occurrence; 
- on the seismological methods more suitable to different scales of investigation; 
- on the data features and appropiateness of seismological surveys carried out.

Communication skills
At the end of the course the student must know how:
- to use the seismological technical language;
- to deal with professionals with expertises in seismology both in research or business environments. 

Learning ability
At the end of the course the student will hold capabilities of self-learning and critical approach on seismo-mechanical aspects in the Earth system and the application and use of different seismological methods in different geological contexts. 

Oggetto:

Programma

Propagazione di onde nei mezzi elastici-Il tensore degli sforzi-Il tensore delle deformazioni-Relazione tra sforzi e deformazioni- Equazioni del moto in termini di spostamento - L'equazione delle onde - Onde longitudinali e trasversali

Onde sismiche - Classificazione delle onde sismiche - Propagazione delle onde sismiche in termini di raggi-Determinazione della struttura interna della Terra - Localizzazione dei terremoti - Struttura dell'interno della Terra - Struttura della litosfera-Dinamica della litosfera

Deformazione e fratturazione, analisi dello stress e dello strain. Meccanica delle fratture e moduli elastici

La registrazione del moto del suolo- Definizioni e principi generali - Curva di risposta dei sismografi - Principali tipi di sismografi

Sorgente sismica - Parametri dinamici della sorgente sismica - Propagazione di una faglia- Teoria del rimbalzo elastico e meccanismo al fuoco -Rappresentazione matematica dei fenomeni all'ipocentro

Problema inverso e Tomografia sismica - Definizione del problema inverso - Spazio dei dati e del modello - Tomografia Sismica - Localizzazione di un terremoto

La misura dei terremoti - La magnitudo dei terremoti - L'intensità dei terremoti-aspetti statistici dell'attività sismica-parametri di clustering - microsismicità e aspetti applicativi

Meccanica dei terremoti in laboratorio. Determinazione sperimentale di parametri meccanici in prove mono, triassiali, resistenza a trazione e al taglio Deformazione elastica, fragile e duttile. Anisotropia meccanica e modelli micromeccanici. Meccanismi di deformazione e proprieta’ fisiche. Determinazione sperimentale di parametri fisici (densità, porosità, velocità onde elastiche). Attrito ed esperimenti di laboratorio

Segnali sismici e reazioni termo-chimiche :

Comportamento meccanico di ammassi rocciosi e monitoraggio dei precursori lenta della rottura

Leggi di scala e modellizzazione dalla micro alla macroscala

Waves propagation in elastic media  -Stress tensor – Deformation tensor – Relationships between stresses and deformations – Equations of motion in terms of displacement – Equations of waves – Compressional and shear waves  

Seismic waves – Classification of seismic waves – Propagation of seismic waves – Earth inner structure – Earthquakes localisation – Litosphere structure – Lithosphere dynamics  

Deformation and failure - Stress and strain analysis - Fracture mechanics and elastic moduli.  

Ground motion records  - Definition and general principles – Response curve of seismographs – Main types of seismographs   

Seismic source – Dynamical parameters of the seismic source – Fault propagation - Elastic rebound theory and focal mechanisms - Maths representation of hypocenter phenomena 

Inverse problem and seismic tomography – Problem inverse definition – Data and model spaces   Seismic Tomography – earthquakes Localization    

Earthquakes size – Earthquakes magnitude – Earthquakes intensity – Earthquakes statistics -  Clustering parameters – Microseismicity and applications 

Earthquakes mechanics in laboratory.  Experimental determination of mechanical parameters in uniaxial, triaxial, extension and shear strength.   Elastic deformation, brittle and ductile. Mechanical anisotropy and micromechanical models. Deformation mechanisms and physical properties. Experimental determination of physical parameters (density, porosity, elastic waves velocity). Friction and laboratory experiments. 

Sesmic signals and thermo-chemical reactions

Mehcanical behaviour of rock masses and monitoring of slow deformation before rupture

Scaling laws and modelling from micro to macro scale  

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Modalità di insegnamento

La metodologia didattica impiegata consiste in:

  • Lezioni frontali (N. ore): 36
  • Esercitazioni di laboratorio (N. ore): 24

  • Lectures: 36
  • Exercises: 24
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Modalità di verifica dell'apprendimento

L'esame si svolge mediante una prova scritta della durata di 2,5 ore. La prova scritta consiste nel rispondere in modo discorsivo ed esauriente a 3 domande di carattere generale relativamente al programma svolto e 2 esercizi di interpretazione dati sismici relativi alle esercitazioni svolte durante il corso a risposta aperta.  Un massimo di 20 punti verrà assegnato alle 3 domande di carattere generale, mentre un totale di 10 punti verrà assegnato ai 2 esercizi. Per essere ammessi a sostenere la prova orale è necessario ottenere nella prova scritta un punteggio minimo di 18 punti. Dopo la correzione degli scritti lo studente viene convocato per una prova orale volta a discutere la prova scritta e permettere allo studente   la possibilità di esporre eventuali precisazioni ed accertare le conoscenze acquisite. Alla fine del colloquio la Commissione si riserva di modificare il giudizio ottenuto allo scritto sulla base del colloquio.

The exam consists of two sections: written and oral exam

General questions to be answered in an essay format (20 marks) and practicals (10 marks) on the topics covered throughout the programme to test the basic and methodological knowledges. To pass this section at least 18 over 30 marks available must be achieved.

The oral exam is a revision of the written exam throughout a discussion where the student can clarify his/her answers. Further questions on the programme will be asked to verify the learning and thinking skills.

The two exams must be undertaken within the same exams session. If the student will fail the oral exam, the written exam will be considered valid for the ongoing academic year. 

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Testi consigliati e bibliografia

Libro di testo:

1) Quantitative seismology, Aki K. and Richards P., Freeman, 1980

2) An Introduction to Seismology, Earthquakes and Earth Structure, Stein S. and Wysession M., Wiley-Blackwell, 2002

3)The Solid Earth, An Introduction to Global Geophysics. Fowler C.M.R.,  Cambridge University Press.

4) Experimental Rock Deformation - The Brittle Field, T.F. Wong&M. Paterson, Springer, 335 pagine, 2005

5) The Rock Physics Handbook: Tools for Seismic Analysis of Porous Media, Cambridge University Press, Mavko G., Mukerji T., Dvorkin J., 2003 - 340 pagine

1) Quantitative seismology, Aki K. and Richards P., Freeman, 1980

2) An Introduction to Seismology, Earthquakes and Earth Structure, Stein S. and Wysession M., Wiley-Blackwell, 2002

3)The Solid Earth, An Introduction to Global Geophysics. Fowler C.M.R.,  Cambridge University Press.

4) Experimental Rock Deformation - The Brittle Field, T.F. Wong&M. Paterson, Springer, 335 pagine, 2005

5) The Rock Physics Handbook: Tools for Seismic Analysis of Porous Media, Cambridge University Press, Mavko G., Mukerji T., Dvorkin J., 2003 - 340 pagine

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Ultimo aggiornamento: 27/06/2019 08:38
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