OBIETTIVO B - Valutazione del rischio sismico ed elementi per la sua riduzione

Sub-obiettivo B2: Vulnerabilità e rischio a scala subregionale ed urbana

(resp. E. Faccioli)

B2.1 Progetto Catania (Scenario di danno per un terremoto distruttivo)

INTRODUZIONE

Sono sinteticamente descritte nel seguito le attività svolte per il Sub-obiettivo in esame nel primo semestre 1996, raggruppate nei seguenti temi principali:

• raccolta dati e creazione di un database;
• caratterizzazione geologico-tecnica e geotecnica dei terreni nell'area urbana di Catania;
• costruzione di scenari di scuotimento del suolo per l'area in esame;
• valutazione della vulnerabilità e dell'esposizione.

Si ricorda che le UR direttamente coinvolte nel Sub-obiettivo 2.1 sono: Politecnico di Milano (resp. E. Faccioli, coordinatore), OGS Trieste (resp. E. Priolo), Università di Trieste (resp. P. Suhadolc), Università di Napoli (coord. A. Zollo), Università di Catania (resp. M. Maugeri).

Hanno inoltre operato nello stesso Sub-obiettivo i ricercatori ex art. 23 N. Nisticò, V. Pessina, F. Pettenati e F. Romanelli.

ATTIVITA' PRINCIPALI

Raccolta dati e creazione di un database

Grazie alla collaborazione con l'Assessorato all'Ambiente e Protezione Civile del Comune di Catania (e, in parte, anche con il Servizio Sismico Nazionale) è stato possibile organizzare una banca dati cartografica unificata e corretta, gestita tramite il GIS Arc/Info. La cartografia finora raccolta o digitalizzata (in scala 1:5000) dall'U.R. PoliMilano, consta di:

• edifici (corretti dal SSN) e rete stradale;
• limiti amministrativo comunali, sezioni di censimento e raggruppamenti delle sezioni di censimento;
• altimetria (della zona Nord, montuosa);
• geologia;
• profondità del substrato impermeabile.

La cartografia in questione è stata messa a disposizione di tutte le UR interessate.

E' stato iniziato un censimento dei manufatti facenti parte di strutture viarie e di trasporto, in collaborazione con l'Ufficio del Genio Civile. Per la raccolta di dati di carattere geotecnico, ed eventuali integrazioni di natura geologica, si veda la successiva sezione.

Caratterizzazione geologico-tecnica e geotecnica dei terreni nell'area urbana di Catania

Si è attuata una proficua collaborazione con gli Uffici Pubblici (per il momento, principalmente quelli del Comune di Catania) ai fini di una caratterizzazione geotecnica, compatibile con le finalità dello scenario di rischio, delle principali formazioni geologiche dell'area urbana di Catania. Nel semestre in esame, la collaborazione ha riguardato principalmente l' acquisizione e organizzazione dei dati di sondaggi esistenti - tuttora in corso di svolgimento - ad opera dell'Ufficio Geologico del Comune, a stretto contatto con l'UR PoliMilano.

Al termine del semestre era in via di conclusione la formalizzazione di un incarico a due Società esterne specializzate, per il completamento e l'informatizzazione della raccolta dati, l'elaborazione di una carta di zonazione geotecnica e la costruzione di sezioni geotecniche rappresentative. Rientreranno in particolare in tale incarico la consultazione ed eventuale acquisizione dei dati di sondaggi reperibili presso l'Ufficio del Genio Civile di Catania, quelli della Provincia Regionale, nonché presso singoli professionisti e ditte locali specializzate.

D'altra parte, UniCatania (Prof. Maugeri) ha iniziato l'elaborazione di una scheda che completi il rilevamento dell'esposizione e della vulnerabilità degli edifici dal punto di vista delle fondazioni, per una valutazione semplificata di eventuali effetti di interazione struttura-terreno. Tale scheda, che è stata elaborata originariamente per censire gli edifici danneggiati dal terremoto del 13.12.1990, viene impiegata nel censimento degli edifici pubblici (in corso di svolgimento, nell'ambito del progetto Lavori Socialmente Utili) e si prevede di usarla successivamente anche in quello degli edifici privati.

Inoltre lo studio della risposta del terreno di fondazione di nuclei urbani antichi è stato affrontato da UniCatania facendo riferimento al caso di centri storici costruiti sulle rovine di precedenti edificazioni distrutte da un terremoto.

Risultati

La caratterizzazione geotecnica di massima dei terreni nell'area comunale e' prevista per la prima parte del 1997, corredata del relativo database di sondaggi. Sarà predisposta entro gennaio 1997 una zonazione preliminare basata sulle velocità medie di propagazione vs entro i primi 20-30 m dalla superficie (per lo più stimati a partire da valori misurati di NSPT), da usare in congiunzione con opportune relazioni di attenuazione per la costruzione dello scenario di scuotimento (v. sez. 2.3 sotto).

Entro il PE 96 dovrebbe essere terminato, e provato sul terreno, anche il completamento della scheda di vulnerabilità con elementi fondazionali e geotecnici.

Costruzione di scenari di scuotimento sismico del suolo per l'area in esame

Nell'ambito di questa attività, che - fatta una scelta deterministica di una sorgente sismica "tipo 1693" - mira alla conseguente stima dei moti sismici del suolo in tutto il territorio d'interesse, si possono distinguere alcuni sotto-temi principali, e precisamente:

• identificazione di strutture sismogenetiche tramite sintesi dei campi macrosismici;
• valutazione dello scuotimento con metodi semplificati;
• simulazione numerica del moto sismico con metodi sismologici avanzati.
  

Per il primo sotto-tema (identificazione delle sorgenti più probabili per uno scenario deterministico), è stato potenziato - da parte della UR OGS Trieste (Sirovich) - un algoritmo che consente di calcolare il contributo, in termini adimensionali, dello scuotimento in ogni punto della superficie terrestre dovuto alla rottura di una faglia. La conversione dei valori calcolati in valori dell'intensità macrosismica viene attuata con il metodo dei poligoni di Voronoi, in corso di perfezionamento. La taratura per il caso di Catania è offerta dal campo macrosismico dell'evento del 13.12.1990; alcune ipotesi di scenario per un evento tipo 1693 sono già state elaborate, mentre l'analisi di ulteriori ipotesi potrà essere agevolmente presa in considerazione, anche a seguito della vasta ricerca bibliografica di dati geologici, tettonici e sismologici realizzata.

La stessa UR sta anche guardando al perfezionamento di programmi di calcolo per la propagazione di onde in sistemi stratificati monodimensionali di terreno, da applicare a valutazioni di risposta sismica nell'area di Catania.

Per il secondo sotto-tema, individuate preliminarmente alcune strutture sismogenetiche assumibili come sorgenti deterministiche di un terremoto "tipo 1693", si sono calcolati scenari di scuotimento in termini di accelerazione massima del suolo mediante relazioni di attenuazione funzione della magnitudo (M = 7.3) e della distanza dalla sorgente, che tengono conto in forma semplificata anche degli effetti sismici locali con un coefficiente di amplificazione. Esso dipende nel caso più semplice da una descrizione generica (roccia o terreno), e, nel caso si disponga dei dati necessari, dal valore medio di vs nei primi 30 m. Gli scenari in questione, realizzati da PoliMilano con GIS ArcInfo, forniscono valori di PGA su una maglia di 40m x 40m, usando relazioni di attenuazione diverse, tra cui una molto recente elaborata per terremoti generati da rotture su faglie normali (Spudich, 1996). Tutti gli scenari tengono conto della risposta differenziata del terreno. Mentre (seguendo una recente ipotesi di letteratura) si era inizialmente saggiata una faglia sismogenetica posta in corrispondenza degli Iblei, ci si è successivamente orientati sull'assunzione più probabile che la sorgente del terremoto del 1693 sia stata una rottura lungo la cosiddetta scarpata Ibleo-Maltese.

Per il terzo sotto-tema, sono in corso sviluppo e applicazione di tre diversi approcci che abbracciano la modellazione diretta della sorgente sismica e della propagazione delle onde da questa ai siti della zona di Catania includendo gli effetti delle formazioni più superficiali.

In un primo approccio - condotto dalla UR OGS Trieste (Priolo) attraverso la modellazione 2D di sezioni crostali col metodo degli elementi spettrali - sono già stati ottenuti alcuni risultati di interesse con modelli strutturali significativi che tengono in conto le eterogeneità laterali e l'effettiva superficie topografica. Le sorgenti utilizzate finora sono quelle preliminari esplorate nel primo sotto-tema, ma è previsto l'uso di altre ipotesi, forse più realistiche (come la faglia Ibleo-Maltese), nelle successive elaborazioni. L'ubicazione delle direttrici di analisi deriva da un primo compromesso tra i dati crostali disponibili (linee sismiche e rapporti di pozzi dell'AGIP) e le esigenze di copertura areale ed angolare (necessità di sezionare il territorio comunale, tenendo conto dell'orientazione delle sorgenti e del campo d'onda propagato). I risultati consistono in accelerogrammi sintetici completi lungo le direttrici, da cui si traggono valori di picco (PGA) ed eseguono analisi spettrali. Le prime indicazioni mostrano che le caratteristiche degli accelerogrammi sintetici sono fortemente condizionate dalla forma e dallo spessore dei sedimenti (piana di Catania) e delle formazioni superficiali.

In un secondo approccio - perseguito da UniTrieste (Suhadolc) - si adotta un metodo di somma dei modi propri di vibrazione della crosta terrestre per calcolare accelerogrammi sintetici in mezzi lateralmente eterogenei, schematizzati come semispazi stratificati separati da interfacce verticali. Si conduce inoltre una modellazione di campi macrosismici impiegando diverse ipotesi di sorgente (puntiforme). La metodologia in questione permette inoltre il calcolo di sintesi di tsunami, certamente significativo per il tratto di costa della Sicilia orientale in esame.

Nel terzo approccio al presente sotto-tema - adottato da UniNapoli (Zollo) - si procede, dalla conoscenza a "posteriori" dei parametri di sorgente e della geometria della faglia (con vincoli fisici appropriati), alla generazione aleatoria di diverse realizzazioni del processo di rottura e della conseguente radiazione sismica. Questa viene calcolata, in termini di accelerazione, con il metodo delle isòcrone (approssimazione alle alte frequenze). Nel periodo in esame si è considerata come sorgente la faglia Ibleo-Maltese, riattivata in uno o più segmenti, eseguendo alcune modellazioni con ipocentro posto su uno dei segmenti trascorrenti, trasversali alla struttura principale. Si è cercato così di validare il metodo sui dati dell'evento del 1990, che sembra essersi generato nelle stesse condizioni. Successivamente sono stati calcolati i primi accelerogrammi sintetici conseguenti a una rottura sul segmento settentrionale della faglia Ibleo-Maltese, orientato NNW-SSE.

Tali simulazioni, pur considerando in questa fase modelli assai semplificati (crosta omogenea, effetti di sito trascurati, campo delle sole onde S dirette), hanno fornito alcune utili indicazioni sull'ordine di grandezza dei parametri strong motion attesi.

Risultati

1. Prime identificazioni, mediante sintesi delle intensità macrosismiche osservate, delle faglie sismogenetiche indiziate di aver generato il terremoto del Val di Noto del 1693.

2. Scenari preliminari di scuotimento per l'area di Catania con metodi semplificati, che descrivono la severità della scossa mediante l'accelerazione massima del suolo punto per punto, includendo in forma semplificata anche la geologia di superficie. Tali scenari, costruiti e gestiti con ArcInfo, sono disponibili via Internet.

3. Primi risultati, in termini di accelerogrammi sintetici, dell'applicazione di metodi sismologici avanzati per la simulazione del terremoto di scenario.

Valutazione della vulnerabilità e dell'esposizione (con primi prodotti)

La fase in corso del Progetto Catania prevede, entro i primissimi mesi del 1997, il completamento (e la conseguente valutazione congiunta con il Dipartimento della Protezione Civile e il Comune di Catania) di uno scenario preliminare di rischio, contenente una stima e rappresentazione cartografica dei danni agli edifici - in muratura ed in c. a. - generati da un terremoto distruttivo analogo a quello verificatosi nel 1693. E' assodato che tale prodotto non potrà ancora, per evidenti ragioni temporali, avvalersi dei dati raccolti nel sub-obiettivo LSU, dei prodotti di U.R. che operano in altri sub-obiettivi su temi di immediato interesse (ad es. vulnerabilità di edifici ecclesiastici, risposta sismica di ponti e viadotti), e nemmeno dei dati in possesso del Comune di Catania (su solo supporto cartaceo) riguardanti il centro storico ed i piani urbanistici.

Nell'ambito della caratterizzazione di massima delle tipologie strutturali, l'U.R. IRRS Milano (Tomasoni) ha preso in considerazione la fattibilità dell'analisi del sistema urbano mediante riprese ad alta quota finalizzate alla classificazione del costruito e all'analisi della tessitura urbana. A questo scopo sono stati standardizzati nel formato GIS Arc/Info i dati ISTAT 91 (edilizia residenziale).

Partendo dall'archivio dei dati ISTAT - abitazioni 91 (forniti in formato corretto da IRRS Milano, Sub-obiettivo B1.2), nel semestre in esame sono state eseguite da PoliMilano elaborazioni per la suddivisione degli edifici in classi di età, di numero di piani e di tipologia strutturale, avendo come unità di disaggregazione la singola sezione censuaria. In funzione di tali indicatori è stato attribuito - nell'ottica della metodologia GNDT ampiamente applicata in anni precedenti - un valore preliminare dell'indice di vulnerabilità (IV) desunto dalla base di dati proveniente dagli edifici di altre regioni del territorio nazionale. Per la stima del danno si fa per il momento uso di note correlazioni tra indice di vulnerabilità, accelerazione di picco e indice di danno, non ancora calibrate sui dati raccolti con le schede di I livello a séguito dell'evento del 1990. Tale calibrazione dovrebbe avvenire in una fase successiva. Metodologie alternative semplificate, basate su stati limite definiti in termini di spostamento, saranno applicate nel secondo semestre.

Si mira in tal modo ad inquadrare, in maniera abbastanza semplice e speditiva, il corretto ordine di grandezza del danno atteso e le caratteristiche salienti della sua distribuzione spaziale entro l'area urbana. Inoltre il procedimento delineato costituisce un banco di prova per saggiare tutte le problematiche connesse con questo tipo di analisi che, pur essendo a scala comunale, risulta vasta e particolareggiata per il grado di risoluzione spaziale adottato.

In base a tale approccio d'insieme la prima serie di risultati si concretizzerà, entro i termini temporali previsti, in mappe di esposizione e di danno organizzate per sezione di censimento (ca. 2500 in tutto il Comune), a seguito di un terremoto di scenario di M = 7+, ubicato sulla scarpata Ibleo-Maltese (assunzione che fornisce valori di scuotimento più elevati nei pressi della città).

B2.2 Sicilia Orientale

Questo tema è stato preliminarmente inquadrato, decidendo di affrontarlo in modo molto semplificato, sia per la scarsità di risorse umane disponibili, che per la mancanza di cartografia adeguata (paragonabile in qualche modo a quella del comune di Catania) per i principali centri abitati interessati. Ci si è così orientati, per il momento, a considerare come terremoto di scenario lo stesso assunto per Catania (ripetizione dell'evento del 1693, con origine sulla faglia Ibleo-Maltese). Si è deciso poi di usare, ai fini di stima della vulnerabilità e del danno, solo i valori totali ISTAT dei numeri di edifici delle diverse categorie e della popolazione per i centri abitati principali. Allo stato, appare probabile che lo sviluppo di questo tema sarà perseguito dopo la conclusione dello scenario di danno preliminare per Catania, e quindi principalmente nel corso del PE 97.

B2.3 Scenari di pericolosità

Tale tema, che riguarda essenzialmente l'area di Benevento, vede come responsabile A. Zollo (UniNapoli). A causa della priorità data al Progetto "Catania", il programma è ancora in una fase iniziale nel semestre in esame.

B2.4 Scenari di danno geologico

Operano su questo tema, di cui è responsabile E. Faccioli, le UR PoliMilano (E. Faccioli), UniRoma1 (G. Valentini), UniBasilicata (M. Del Prete), IRRS Milano (F. Pergalani), nonché i ricercatori in ruolo ad esaurimento S. Porfido e A. Simonelli, entrambi a Napoli.

In sede di PE si è identificata un'area campione - comprendente la valle dell'Ofanto e parte del Beneventano - su cui focalizzare le ricerche in modo integrato tra le diverse UR , limitandosi ai fenomeni di instabilità di pendii innescati da scosse sismiche. La scelta dell'area campione deriva sia dalla disponibilità di dati di partenza, soprattutto cartografia geomorfologica (precedentemente elaborata da UniRoma1), sia dall'esservi comprese le aree di maggior scuotimento dei terremoti del 1930 (pochissimo studiato sotto il profilo del danno geologico) e del 1980.

Appare indispensabile ricordare che l'obiettivo delineato nella convenzione triennale consiste, da un lato, nello sviluppo di metodi per la determinazione della vulnerabilità sismica dei versanti (attraverso l'individuazione delle situazioni più rappresentative e la loro analisi), e nella loro applicazione sistematica all'area prescelta. Per la realizzazione ad aree estese, si fa riferimento ad approcci basati sull'impiego massiccio di carte digitalizzate e sviluppati prevalentemente in ambiente GIS, accoppiati tanto a modelli probabilistici o statistici (di correlazione multivariabile) quanto a modelli deterministici elementari per caratterizzare l'instabilità sismica di un pendio. Dall'altro lato, i risultati delle precedenti indagini verranno trasferiti ad aree sismiche diverse da quella campione, per le quali non si disponga di dati di base paragonabili, onde pervenire ad una identificazione dei pendii vulnerabili.

Le attività avviate nel semestre in esame possono sintetizzarsi in:

• Completamento della raccolta dei dati di base, e ricostruzione degli assetti geologici e geomorfologici nelle aree epicentrali dei terremoti citati nell'area campione (UR UniRoma1 e UniBasilicata), con particolare riferimento a scenari di danno per importanti infrastrutture di trasporto e di centri abitati. Per l'area del 1980, sono in fase conclusiva rilievi dettagliati nelle zone degli abitati di Calitri, Teora e Morra de Sanctis, nonché l'approntamento di un primo elaborato cartografico orientato a zonazione di pericolosità riguardante i principali corpi di frana nella zona tra Caposele e Andretta (prov. di Avellino). Per tale zona, i risultati dei rilievi mostrano che le forme di dissesto più frequenti sono rappresentate da colamenti traslazionali e viscosi, soggette a riattivazioni devastanti soprattutto in conseguenza di eventi sismici. Per l'evento del 1930 sono state analizzate aree circostanti agli abitati di Aquilonia e Bisaccia, mentre è stato elaborato un saggio cartografico pressoché definitivo per i dintorni di Lacedonia.
• Per gli aspetti di caratterizzazione geotecnica (a cura di A. Simonelli e A. Cividini di PoliMilano), oltre ad una rivisitazione del materiale già esistente, le indagini sono soprattutto rivolte ai parametri meccanici di materiali quali le argille azzurre - prelevate lungo il corso del fiume Ufita - e le argille varicolori. Sono anche stati svolti appositi sopralluoghi per programmare future campagne di prelievo di campioni rappresentativi dei materiali in frane esistenti.
• Individuazione e analisi delle geometrie e dei cinematismi indotti da scuotimento sismico (a cura di UniRoma1). Sono state acquisite dal Dipartimento della Protezione Civile le foto aeree del volo a bassa quota del dicembre 1980, ed è in corso il confronto con i fotogrammi relativi a voli precedenti e successivi onde ricostruire i cinematismi dei movimenti franosi, con l'obbiettivo di valutare dislocazioni delle masse anche di piccola entità, appoggiandosi anche a rilievi sul terreno. L'indagine è stata avviata nei settori orientali del bacino dell'Ofanto (aree comprese tra Ruvo del Monte e Andretta) e sarà presto estesa ai settori occidentali di detto bacino e all'area del 1930.
• Analisi storiche riguardanti il terremoto del 1930. E' stato tracciato un primo programma di studio degli effetti sull'ambiente, con svolgimento a cura di S. Porfido, che dovrà concretizzarsi in un'apposita carta tematica.
• Sviluppo di metodi per valutazioni di vulnerabilità sismica dei pendii a diverse scale in ambiente GIS (UR IRRS Milano e PoliMilano), a fine di costruire scenari di danno principalmente per infrastrutture. Si è particolarmente rivolta l'attenzione alla trasferibilità di tali metodi da aree ricche di dati e di cartografia tematica ad aree con informazioni di minore dettaglio.
• Gli approcci proposti comprendono da un lato metodi statistici di tipo sia univariato (IRRS Milano) che multivariato (con selezione delle variabili statisticamente più significative, PoliMilano) per l'identificazione dei fattori critici (pendenza, geologia, esposizione, etc.), finalizzati alla valutazione del rischio indiretto di instabilità. Dall'altro lato sono stati sviluppati anche approcci deterministici che calcolano un fattore di sicurezza statico o pseudo-statico per il singolo pixel, basati sul modello del pendio indefinito. Tali approcci sono già pienamente operativi, partendo da opportuni insiemi di carte tematiche digitalizzate. Per la valutazione del rischio diretto, sia su singole frane che su un intero territorio, sono disponibili metodi dinamici semplificati - derivati dal modello del blocco rigido di Newmark - che possono impiegare rappresentazioni diverse dello scuotimento sismico del suolo.