Quantification of nonlinear effects on seismic soil response from recorded ground motions

The superficial records are modified by the impedance contrast related to the different stiffness and attenuation parameters of the soil layers between the bedrock and the surface; this phenomenon is called site effect. This effect is negligible in the seismic waveforms recorded in outcropping flat rock; so these motions are used as reference for response spectral amplification functions (PSAs/PSAR). These amplification factors decrease for larger shaking levels because of the increase of attenuation caused by soil nonlinearity. The main goal of this work is the quantification of the soil nonlinear effects by the estimation of site-specific amplification factors PSAsurface/PSARock outcropping (PSA is the pseudo-response acceleration spectrum) for different shaking levels at five Japanese KiK-net sites (three of them use the records of 2016 Kumamoto sequence). The reference PSARock has been computed by the deconvolution of the observed surface motion on a reference rock (Vs=760 m/s). The analytical transfer functions, used in the convolution and deconvolution procedures, are based on 1D visco-linear models and frequency-dependent quality factors. The estimated nonlinear PSAsurface/PSARock outcropping ratios have been compared with the ones provided by Ground Motion Prediction Equation (GMPEs) and seismic codes.

I moti sismici superficiali sono modificati dal contrasto di impedenza legato alla diversa rigidezza negli strati di terreno tra lo strato profondo roccioso e la superficie. Questo effetto è trascurabile nei moti sismici registrati su roccia piana; quest' ultimi sono considerati come moti di riferimento per le funzioni d' amplificazione spettrali (PSAs/PSAR). I fattori d'amplificazione decrescono con l'aumentare dello scuotimento sismico a causa dell'aumento dell'attenuazione dovuta alla non linearità del terreno. L'obbiettivo principale di questo lavoro è quantificare gli effetti non lineari del suolo tramite la stima di fattori d'amplificazione PSAsurface/PSARock outcropping (PSA è lo pseudo spettro di risposta d' accellerazione) in cinque siti giapponesi della rete KiK-net ( tre di questi hanno moti sismici della serie di Kumamoto del 2016)per diversi livelli di scuotimento.Lo spettro di riferimento PSARock è stato calcolato con il metodo della deconvoluzione; per quest' ultima procedura è stato necessario definire un modello 1D visco-lineare del terreno con un fattore d'attenuazione dipendente dalla frequenza. I fattori d' amplificazione calcolati sono stati confrontati con quelli di normativa e con le funzioni di amplificazione delle Ground Motion Prediction Equations (GMPEs).