2. Le prove

   3. Conclusioni

    1. Introduzione

Nell'ambito del PE 1998 è prevista la realizzazione della carta unificata di consenso di pericolosità del territorio nazionale da predisporsi a cura del GNDT e di SSN seguendo l'approccio probabilistico di Cornell (1968). Per giungere a questi prodotto, si è deciso, in prima istanza, di procedere all'analisi dettagliata dell'influenza sulle stime di pericolosità derivante dalle scelte non standard fatte nelle carte realizzate da parte delle due istituzioni. Per scelte non standard si intendono tutte quelle non specificatamente codificate nel programma automatico di calcolo (Seisrisk III, Bender e Perkins, 1987) utilizzato sia da GNDT (Slejko et al., 1998) che da SSN (Romeo e Pugliese, 1997).

Per quanto riguarda il GNDT, queste scelte hanno interessato:
 

1. l'introduzione del valore di magnitudo massima per le varie zone sismogenetiche (ZS);
2. l'utilizzo di bordi morbidi di varie dimensioni introdotti a partire da nuclei centrali nelle ZS;
3. la correzione cautelativa del tasso di sismicità suggerito dall'analisi di completezza;
4. l'utilizzo di tassi di sismicità individuali calcolati direttamente dal catalogo di terremoti senza passare attraverso l'interpolazione con una forma funzionale del tipo Gutenberg-Richter;
5. la relazione di attenuazione di PGA utilizzata.

    2. Le prove

Le prove non sono state realizzate considerando tutte le ZS utilizzate per il calcolo della pericolosità sismica del territorio italiano, ma prendendo in esame sette situazioni particolari. Sono state scelte, infatti, ZS che presentano particolarità nei tassi di sismicità caratteristica (forti oscillazioni, lacune, ecc.) e che si allontanano, dunque, da un andamento lineare descrivibile dalla relazione di Gutenberg - Richter. Queste sette ZS sono, inoltre, sufficientemente lontane l'una dall'altra da non determinare interferenze reciproche nelle stime di pericolosità. I tassi di sismicità iniziali sono quelli calcolati dal GNDT nel calcolo della pericolosità d'Italia e ufficialmente consegnati al Dipartimento di Protezione Civile nel 1996. Segue una breve descrizione delle ZS considerate e delle caratteristiche della loro sismicità (Fig. 1a, 1b).

Fig. 1a - Tassi di sismicità delle ZS 4, 22, 45, 58.

Fig. 1b - Tassi di sismicità delle ZS 63, 71, 79.

La ZS 4, Friuli, presenta una situazione canonica: tassi presenti da magnitudo 4,3 a 6,4 con lievi oscillazioni rispetto all'andamento lineare ed una magnitudo massima calcolata di 6,7.

La ZS 22, Alpi Marittime, presenta un andamento con oscillazioni medie fra magnitudo 4,3 e 6,4 con due lacune a magnitudo 5,2 e 6,1. La magnitudo massima è stata calcolata in 6,7.

La ZS 45, Umbria, ha un tasso minimo molto alto a magnitudo 4,3, due lacune a magnitudo 5,5 e 5,8 e gli altri tassi abbastanza lineari fino a magnitudo 6,7. La magnitudo massima è stata calcolata in 7,0.

La ZS 58, Sannio, presenta oscillazioni piuttosto sensibili fra magnitudo 4,9 e 7,3 con tre lacune a magnitudo 5,5, 6,4 e 7,0. La magnitudo massima è stata calcolata in 7,6.

La ZS 63, Irpinia, presenta un andamento abbastanza lineare fra magnitudo 4,6 e 6,4; si scostano i tassi molto alti a 4,3 e 7,0 ed il tasso relativo a magnitudo 6,7 è assente. Non è stata calcolata la magnitudo massima.

La ZS 71, Messina, è estremamente lontana da un andamento lineare fra magnitudo 4,3 e 5,8; dopo quattro classi vuote, ha un tasso piuttosto alto per la magnitudo 7,3. La magnitudo massima è stata calcolata in 7,6.

La ZS 79, Sicilia Orientale, ha un andamento molto oscillante fra magnitudo 4,3 e 7,3 con quattro lacune a magnitudo 5,8, 6,1, 6,7 e 7,0. La magnitudo massima è stata calcolata in 7,6.

La Fig. 2 riporta il risultato ottenuta da un'elaborazione standard GNDT (Slejko et al., 1998) dove è stata utilizzata come unica relazione di attenuazione quella di Ambraseys et al. (1996).

2.1. Magnitudo massima e bordi morbidi

La prima prova eseguita è consistita nell'eliminare la magnitudo massima nel calcolo della pericolosità. Ovviamente non si hanno differenze in Irpinia, dove non era prevista originariamente magnitudo massima, e quelle in Friuli, Alpi Marittime e Sicilia Orientale risultano minime (Fig. 3).

Nella seconda prova sono stati sostituiti i nuclei originali con bordi morbidi, a coprire completamente la geometria della ZS, con bordi rigidi in corrispondenza del margine della ZS. La magnitudo massima non è stata considerata. Le differenze con i risultati precedenti sono sensibili all'interno delle ZS mentre all'esterno non ci sono e sono mediamente quantificabili all'incirca in 0,02 g con differenze più evidenti in Friuli, e pressocchè invariate a Messina (Fig. 4).

2.2. Tassi di sismicità e loro linearizzazione

Un punto sicuramente importante del calcolo della pericolosità GNDT riguarda la scelta cautelativa dei tassi di sismicità. Questa scelta cautelativa consiste nel considerare per ogni ZS vari tassi, comunque compatibili con il periodo di stazionarietà calcolato, fra i quali viene scelto quello più alto. L'ulteriore prova fatta consiste nell'eliminazione delle scelte cautelative optando direttamente per il tasso indicato dal test di stazionarietà (Fig. 5). Restano invariate le altre caratteristiche (bordi rigidi, senza magnitudo massima) utilizzate nella prova precedente. Chiaramente i risultati ottenuti sono più bassi per le ZS dove erano state apportate correzioni cautelative (Friuli, Umbria, Sannio e Irpinia) e la differenza può essere quantificata all'incirca in 0,03 g.

L'ultima prova eseguita riguarda le modalità di caricamento dei tassi di sismicità e cioè tende a valutare qual è la differenza che si ottiene procedendo ad una loro linearizzazione con la relazione di Gutenberg - Richter. La linearizzazione può essere effettuata in due modi: mediante interpolazione lineare dei tassi individuali diversi da zero o interpolando i tassi cumulativi e calcolando poi quelli individuali. I tassi iniziali utilizzati in queste prove sono quelli ufficiali GNDT della prova a bordi rigidi e senza magnitudo massima. E' chiaro che un generale aumento dei valori di pericolosità è atteso applicando l'interpolazione in quanto, a classi di magnitudo assenti in realtà, vengono fittiziamente assegnati dei tassi di sismicità. Le oscillazioni possibili nel caricamento a tassi individuali non linearizzati enfatizza, inoltre, il contributo dato da certe classi di magnitudo alla pericolosità riferita ad un specifico periodo di ritorno. Tutto questo suggerisce che non è detto che col caricamento a tassi lisciati si ottengano sempre risultati più alti. La prova effettuata interpolando i tassi individuali (Fig. 6) determina risultati più alti in Sannio, Messina e Sicilia Orientale; risultati più bassi in Umbria e Irpinia e pressocchè uguali in Friuli ed Alpi Marittime. Le giustificazioni risiedono nelle seguenti considerazioni. Nella ZS Friuli le classi sono tutte presenti ed i loro tassi prossimi ad un andamento lineare. Nella ZS Alpi Marittime vengono aggiunti nell'interpolazione solo due tassi medi (5,2 e 6,1) mentre il tasso della classe 5,5 viene sensibilmente ridotto. Nella ZS Umbria vengono aggiunti i due tassi relativi alle classi 5,5 e 5,8 e viene ridotto quello di 6,1, oltre che massicciamente quello di 4,3. Nella ZS Sannio, sono stati inseriti ben tre tassi nel settore alto di magnitudo. Nella ZS Irpinia, viene abbassato drasticamente il tasso della classe 7,0. Nella ZS Messina, si vedono i risultati dell'inserimento di ben quattro tassi a magnitudo molto alta, similmente alla ZS Sicilia Orientale.

Considerando il caricamento attraverso il passaggio ai tassi cumulativi, si osserva un comportamento differenziato nelle diverse ZS (Fig. 7). E' opportuno descrivere chiaramente la metodologia applicata, che rispecchia quella seguita da Romeo e Pugliese (1997). Sono stati calcolati i tassi cumulativi a partire da quelli individuali per semplice addizione e poi sono stati interpolati linearmente con semplice procedura ai minimi quadrati senza pesatura. A partire dai tassi cumulativi linearizzati sono stati calcolati per semplice differenza quelli individuali, utilizzati nel calcolo di pericolosità. Le differenze riscontrate tra i risultati delle due ultime prove, tutto sommato abbastanza limitati, meritano un'analisi dettagliata per una precisa comprensione in quanto il comportamento delle diverse zone è differente sia a livello di ampiezza delle aree di massimi valori (confrontare Fig. 4 con Fig. 7) sia a livello di massimi valori puntuali (Fig. 8). Infatti mentre la maggioranza delle zone mostra un limitato abbassamento dei valori, due zone appenniniche calano più evidentemente ed il Friuli aumenta lievemente. Nella ZS 4, l'eccedenza di sismicità osservata nelle classi 5,5 e 5,8 di magnitudo rispetto ai tassi ottenuti a seguito dell'interpolazione lineare dei tassi cumulativi, viene spalmata su tutte le altre magnitudo, per la classe massima 6,4 si ottiene un raddoppio del valore osservato: l'effetto totale consiste in un lieve aumento della pericolosità. Nella ZS 22, si osserva un eccesso di sismicità osservata solo per le classi 4,3 e, in maniera molto evidente, 5,5 che va a riempire classi come 5,2 e 6,1, originariamente vuote, portandole, comunque a valori piuttosto bassi: la pericolosità diminuisce lievemente. Un effetto opposto è, invece, riscontrabile per la ZS 46, dove la linearizzazione produce un forte abbassamento dei tassi delle classi 4,3, 6,1 e 6,4 a favore di tutte le altre classi (medio basse) compresa la 6,7 che raddoppia il valore: l'effetto risultante è un abbassamento generalizzato dei valori. Nella ZS 58, si nota eccesso di sismicità osservata per quasi tutte le classi non vuote, compresa quella 7,3: la pericolosità diminuisce sensibilmente. Nella ZS 63 l'eccesso di sismicità osservata per le bassi classi (4,3 - 4,9) viene spalmata su quelle superiori in maniera leggera; fa eccezione la classe massima (7,0) che viene abbassata nella linearizzazione: l'effetto globale è un lieve abbassamento di pericolosità. Nelle ZS 71 e 79 oltre alle classi estreme anche una classe intermedia (4.9) rivela eccesso di sismicità osservata; la spalmatura va soprattutto a colmare le lacune: l'effetto totale sulla pericolosità è un suo lieve abbassamento.

Considerando altri periodi di ritorno (100 e 1000 anni) le stesse evidenze vengono ripetute. A commento generale si può asserire che è quasi esclusivamente il tasso di sismicità delle classi più alte a pilotare i risultati di pericolosità.

2.3. Considerazioni

La Fig. 8 sintetizza i risultati delle diverse prove realizzate. Si può vedere che la scelta standard GNDT (magnitudo massima, bordi morbidi, tassi individuali cautelativi) porta a valori generalmente superiori, ovviamente, di quelli ottenibili con scelte diverse. L'effetto più forte è dato dall'introduzione dei bordi morbidi e, in subordine, delle scelte cautelative dei tassi di sismicità. Ovviamente l'effetto dei bordi influisce sui valori massimi raggiunti (Fig. 8) mentre a scala areale l'effetto è meno evidente (confrontare Fig. 2 e Fig. 3).
 

2.4. Relazione di attenuazione

Per quanto riguarda la relazione di attenuazione di PGA scelta, le differenze riscontrabili tra l'utilizzo di una relazione (p. es.: Ambraseys, 1995) calibrata sui dati della banca accelerometrica europea (Ambraseys e Bommer, 1991) e quello di una italiana (Sabetta e Pugliese, 1987) sono ampiamente documentate in Slejko et al. (1998). La relazione di Ambraseys (1995) può considerarsi superata da quella di Ambraseys et al. (1996) calibrata su un parco di dati europei più controllato. Quest'ultima relazione è riferita, inoltre, a tre tipologie di terreno: roccia, terreno rigido e terreno soffice. Un confronto con la relazione di Sabetta e Pugliese (1987), definita pure per tre tipologie di suoli e cioè roccia, alluvioni sottili ed alluvioni profonde, diventa, pertanto, più significativa. I risultati ottenuti con la relazione italiana (Sabetta e Pugliese, 1987) sono riportati in Fig. 9 e, rispetto alla figura riportata in Slejko et al. (1998), differiscono soltanto per l'uso di un'unica relazione senza considerare peculiarità di propagazione (p. es. zone vulcaniche). Il confronto con i valori di Fig. 2 mostra due tendenze diverse: nel settore settentrionale (a nord dell'Umbria) la relazione di Ambraseys et al. (1996) determina valori più elevate mediamente di circa 0,04 g, nel settore meridionale la relazione di Sabetta e Pugliese (1987) produce valori più elevati di circa 0,04 g nelle zone di massimo mentre al loro esterno i valori nelle due figure sono molto simili.

Per evidenziare le differenze determinate dall'uso delle due diverse relazioni di attenuazione, è stata prodotta la Fig. 9, dove viene presentato il rapporto dei valori di PGA ottenuti con la relazione di Sabetta e Pugliese (1987) rispetto a quelli ottenuti con la relazione di Ambraseys et al. (1996). Si può vedere che la maggior parte del territorio è caratterizzata da valori prossimi all'unità; valori negativi si riscontrano nelle Alpi Orientali, in Emilia e Toscana mentre valori positivi sono ottenuti nell'Appennino Meridionale. In particolare il rapporto raggiunge i massimi in Calabria con valori superiori a 1,3.

    3. Conclusioni

Le prove eseguite hanno permesso di esplorare l'influenza sui risultati di pericolosità delle varie scelte possibili nell'input. Tutte le scelte qui descritte sembrano ragionevoli, con l'eccezione del lisciamento dei tassi individuali di sismicità, la preferenza può essere dettata da considerazioni specifiche. Come già evidenziato dalla Fig. 8, l'effetto più forte è dato dall'introduzione dei bordi morbidi e, in subordine, delle scelte cautelative dei tassi di sismicità. La scelta della relazione di attenuazione usata risulta critica solo in Calabria mentre nelle altre zone le differenze sono ampiamente assorbite dalle incertezze intrinseche delle relazioni stesse.
 

Bibliografia

Ambraseys N. N.; 1995: Reappraisal of the prediction of ground accelerations in Europe - EAEE Working Group report. In: Duma (ed), 10th European Conference on Earthquake Engineering, Balkema, Rotterdam, pp. 3041 - 3048.

Ambraseys N.N. and Bommer J.J.; 1991: Database of European strong ground-motion records. European Earthquake Engineering, 5/2, 18 - 37.

Ambraseys N. N., Simpson K. A. and Bommer J. J.; 1996: Prediction of horizontal response spectra in Europe. Earth. Eng. Struct. Dyn., 25, 371 - 400.

Bender B. and Perkins D.M.; 1987: Seisrisk III: a computer program for seismic hazard estimation. U.S. Geological Survey Bulletin 1772, 48 pp.

Cornell, C.A., 1968. Engineering seismic risk analysis. Bull. Seism. Soc. Am., 58, 1583-1606.

Romeo R. and Pugliese A.; 1997: La pericolosità sismica in Italia Parte 1: analisi della scuotibilità. Rapporto Tecnico SSN/RT/97/1, Servizio Sismico Nazionale, Roma, 58 pp.

Sabetta, F. and A. Pugliese; 1987: Attenuation of peak horizontal acceleration and velocity from Italian strong-motion records. Bull. Seism. Soc. Am., 77, 1491-1513.

Slejko D., Peruzza L. and Rebez A.; 1998: Seismic hazard maps of Italy. Annali di Geofisica, 41, 183 - 214.