TEMA DI RICERCA: 2

TITOLO DEL PROGETTO: Analisi di scenario nella Liguria occidentale e soluzioni per la conservazione dei centri storici

DURATA DEL PROGETTO: 36 mesi

Descrizione del progetto

Obiettivo del progetto

Il progetto si propone di mettere a confronto ed integrare diverse metodologie, consolidate o innovative, per la costru­zione di scenari di scuotimento, vulnerabilità e danno in aree di media estensione (circa 2000 km²), traendo spunto dalla Liguria Occidentale, una regione di grande interesse sotto il profilo della storia sismica e della sismogenesi, per la va­rietà dei potenziali effetti di sito e per le caratteristiche del costruito. L'intera area si presta ad essere studiata con stru­menti di dettaglio, quelli propri di un'analisi a livello urbano, sia perché si può individuare un'unica struttura sismoge­netica principale, cui ovviamente si sovrappongono strutture più complesse, sia per l'omogeneità del costruito (mate­riali, tecniche costruttive) e dell'ambiente urbano, costituito da molti piccoli centri storici di notevole valore storico e culturale. Tale situazione è rappresentativa di molte delle aree italiane a rischio sismico.

La simulazione di eventi si­smici storici (1831, 1887), che saranno approfonditi con indagini d'archivio, sarà sviluppata in base ai dati registrati in forma digitale dalla rete sismica dell'Italia Nord-Occidentale. La tomografia sismica fornirà un modello 3D di propaga­zione e permetterà di identificare le strutture sismogenetiche principali. Grande rilevanza sarà data allo studio degli ef­fetti di sito, sia in relazione alla morfologia (centri storici su vette e cigli) che alle caratteristiche geomeccaniche super­ficiali (bacini alluvionali alle foci dei torrenti); la modellazione 2D e 3D sarà supportata da misure sperimentali tramite reti mobili velocimetriche ed accelerometriche.

Gli approcci consolidati per l'analisi di vulnerabilità del costruito minore, basati su una classificazione tipologica (I livello GNDT con uso delle DPM) o su valutazioni convenzionali (II livello GNDT e curve di vulnerabilità), saranno confrontati con i modelli recentemente sviluppati ed utilizzati nell'ambito del Progetto Catania (schede di II livello semplificate, approccio con spettro di spostamento). Inoltre, partendo da una lettura dettagliata delle caratteristiche tipologiche del costruito ligure, saranno sviluppati nuovi modelli meccanici semplificati in grado di cogliere, sulla base di pochi parametri facilmente rilevabili, i diversi livello di danno fino al collasso. Ciò sarà possibile attraverso un approccio per macroelementi e meccanismi di collasso, mettendo in relazione i livelli di danno ai diversi parametri dell'eccitazione sismica (PGA, spostamenti, energia, durata): questo aspetto costituisce uno degli spunti originali del progetto.

Un analogo approccio sarà seguito per il costruito monumentale ed in particolare per le chiese, presenti in gran numero sul territorio ligure; l'analisi statistica dei dati raccolti in Umbria e nelle Marche, a seguito del recente terremoto, consente di affrontare il problema della vulnerabilità, ad un primo livello, con una metodologia analoga a quella usata per il costruito minore (DPM). La struttura della scheda GNDT si presta inoltre allo sviluppo di modelli più sofisticati, ma sempre applicabili a livello territoriale; essi saranno messi a punto ed applicati nell'ambito del progetto. Attenzione sarà posta anche al patrimonio storico artistico, con particolare riferimento agli apparati decorativi fissi (affreschi, stucchi); la loro vulnerabilità può essere infatti messa in relazione diretta alla vulnerabilità strutturale, precisando la loro collocazione all'interno della fabbrica e le caratteristiche fisiche e di degrado dei materiali.

La lettura della vulnerabilità in termini di macroelementi e meccanismi di collasso, sia per il costruito minore che per quello monumentale, rende quasi automatico tradurre la valutazione della vulnerabilità e la stima del danno atteso in indicazioni per la prevenzione; queste consisteranno in interventi mirati al contrasto dei meccanismi di collasso, proposti nella forma del codice di pratica, un manuale che tiene conto delle realtà costruttive locali.

La simulazione di eventi sismici e la corrispondente valutazione degli scenari di danno sarà condotta a due livelli di dettaglio: a) una visione a scala regionale, con analisi sull'intera area della Liguria Occidentale, nell'ambito della quale viene valutata la pericolosità e si individuano i centri urbani e le reti di collegamento; b) un'analisi di dettaglio su due aree campione, una della fascia litoranea e l'altra della zona montana, con una precisa individuazione dei manufatti ed una più approfondita valutazione degli effetti di sito.

Articolazione del progetto ed organigramma

Il progetto è articolato in sette obiettivi parziali:

Sismicità e caratterizzazione delle sorgenti

Responsabile: Claudio Eva

Unità di Ricerca coinvolte: Eva, Guidoboni, Faccioli

Sottotemi P.Q.: 2.1 - 2.2

Questo obiettivo parziale ha il compito di definire i dati di ingresso necessari per la determinazione dello scuotimento sismico, valutato sia in termini deterministici che probabilistici. Gli studi saranno basati sia sull'elaborazione di dati strumentali, sia sull'approfondimento delle fonti di sismicità storica. La Rete Sismica dell'Italia Nord-Occidentale, gestita dal DIPTERIS, ha già raccolto una notevole messe di dati weak-motion, che consentiranno la localizzazione delle possibili sorgenti e lo sviluppo di leggi di attenuazione a carattere regionale. Per quanto riguarda i terremoti storici della Liguria Occidentale, dei quattro eventi del XIX secolo (1819, 1831, 1854 e 1887), solo l'ultimo è stato studiato adeguatamente; ci si propone quindi un approfondimento sui primi, in modo da evidenziare le fasce di sovrapposizione e stimare gli eventuali effetti cumalativi su edifici danneggiati e non riparati. L'interpretazione congiunta dei punti precedenti comporterà la definizione di un modello sismotettonico con ipotesi di zone sismogenetiche e delle sorgenti in esse contenute. In particolare si cercherà di definire con il maggior dettaglio possibile le geometrie e le massime magnitudo associabili alle singole faglie attive e le caratteristiche di ricorrenza sismica delle zone sismogenetiche.

Prodotti attesi nel primo anno:

• Aggiornamento del catalogo sismico, sulla base di un approfondimento di alcuni terremoti minori (1819, 1831 e 1854) ed integrazioni con i dati del catalogo francese.

• Elaborazione di weak motion, individuazione delle sorgenti e di leggi d'attenuazione a carattere regionale.

Moto sismico, effetti di sito ed interazione

Responsabile: Ezio Faccioli

Unità di Ricerca coinvolte: Eva, Faccioli, Lagomarsino

Sottotemi P.Q.: 2.3 - 2.4

Il prodotto finale è la rappresentazione quantitativa puntuale, in forma di carte digitali e di banche dati di accelerogrammi, dello scuotimento sismico del suolo (spettri, forme d'onda, fattori di amplificazione), da impiegare per l'analisi della risposta e la stima del danneggiamento degli edifici, alle due diverse scale già illustrate (scala sub-regionale, scala urbana). Nella scala sub-regionale, alle rappresentazioni deterministiche dello scuotimento sarà associata anche una stima di cautelatività dedotta dal confronto con i risultati ottenuti per via probabilistica. A scala urbana sarà condotto uno studio più approfondito di simulazione delle scosse sismiche di scenario, per i centri abitati scelti a campione, avvalendosi anche di registrazioni locali di piccoli terremoti.

Prodotti attesi nel primo anno

• Realizzazione, attraverso GIS, di carte digitali del moto del suolo (valori di picco dell'accelerazione e della velocità, ordinate spettrali, etc.), generato dai terremoti di scenario secondo l'approccio deterministico. Tali valori di scuotimento tengono conto dei fattori di amplificazione locale dovuti ad effetti di sito, dedotti dalla cartografia geologica a vasta scala.

• Carte del moto del suolo corrispondenti a prefissate probabilità di eccedenza, capaci di mettere in conto i fattori amplificativi di sito e l'influenza delle diverse fonti di incertezza.

• Preliminare costruzione di modelli delle configurazioni geologiche locali, utili per l'analisi di dettaglio; verranno predisposti - ove necessari - rilievi geologici e sarà effettuata una raccolta sistematica delle indagini geotecniche, con cui costruire sezioni rappresentative e modelli locali per il calcolo della risposta sismica di sito.

Censimento a scala sub-regionale e analisi di vulnerabilità 

Responsabile: Sergio Lagomarsino

Unità di Ricerca coinvolte: Faccioli, Lagomarsino, Dalai

Sottotemi P.Q.: 2.5 - 2.6 - 2.7

Questo obiettivo si propone di eseguire un censimento del costruito e dei beni di valore artistico e storico presenti nell'intera area oggetto di studio, la Liguria Occidentale; la raccolta delle informazioni sarà eseguita in collaborazione con gli enti pubblici presenti sul territorio (Regione, Provincia, Soprintendenza), avendo ben chiari gli obiettivi e gli strumenti disponibili per le successive analisi di vulnerabilità. A tal fine si utilizzeranno metodologie esistenti e si svilupperanno nuove schede per le categorie dell'esposto vulnerabile per le quali non esistono procedure consolidate (ponti romani e medioevali, apparati decorativi). I centri storici saranno analizzati come unità vulnerabile e censiti sia con riferimento all'impianto urbanistico ed alla loro evoluzione storica, sia ponendo attenzione alla loro fragilità nei riguardi della fruizione nell'emergenza sismica. L'aspetto delle reti infrastrutturali non verrà affrontato, in quanto esula dagli argomenti del Tema 2 e dalle competenze dei proponenti; nel GIS saranno semplicemente introdotte le reti di comunicazione tra i centri, senza investigare la loro vulnerabilità. Per gli edifici saranno utilizzati di dati ISTAT, nell'analisi ad ampia scala, mentre nell'area di dettaglio si procederà ad un censimento con una scheda speditiva, elaborata nell'ambito del Progetto Catania, sintesi delle schede di I e II livello GNDT, in grado di fornire i dati necessari per l'analisi di vulnerabilità (elaborazione dello scenario di danno) secondo i tre metodi delle matrici di probabilità di danno, delle curve di fragilità e dell'approccio in spostamenti. La schedatura delle chiese, eseguita nell'intera area, consentirà di svolgere per la prima volta analisi di vulnerabilità territoriale con metodologie analoghe a quelle appena descritte per gli edifici.

Prodotti attesi nel primo anno

• Rielaborazione ed inserimento su GIS dei dati ISTAT, a fini di vulnerabilità sismica.

• Definizione delle categorie di esposto vulnerabile e messa a punto di strumenti schedografici.

• Censimento delle diverse componenti fisiche dell'esposto vulnerabile (centri storici, chiese, altre emergenze architettoniche, edifici pubblici, apparati decorativi, ecc.).

Classificazione tipologica e rilievo del costruito

Responsabile: Luigia Binda

Unità di Ricerca: Guidoboni, Binda, Baggio, Magenes, Lagomarsino, Dalai

Sottotemi P.Q.: 2.5 - 2.6

Sull'area di dettaglio è necessario un livello di conoscenza più profondo delle caratteristiche del costruito e delle tipologie dei danni già subiti per terremoti precedenti, per una valutazione affidabile della vulnerabilità e per acquisire una conoscenza utile anche ai fini dello sviluppo di strategie per la riduzione del rischio. Volendo tuttavia conseguire informazioni estendibili all'intera area della Liguria Occidentale, l'analisi tipologica delle caratteristiche del costruito sarà condotta, a campione, sull'intera area; a questa fase della ricerca contribuiranno molte UR: Guidoboni, per le tipologie dei danni subiti per precedenti terremoti; Binda, per la parte materiali e delle tipologie costruttive; Baggio, per l'edilizia minore dei centri storici; Lagomarsino, per le chiese; Magenes, per gli edifici in c.a. pre-normativa; Dalai, per gli apparati decorativi. La classificazione tipologica ed il rilievo del costruito saranno infatti eseguite attraverso schede, in gran parte innovative, perché strumentali all'acquisizione dei dati necessari ai modelli di vulnerabilità, descritti nei prossimi obiettivi.

Prodotti attesi nel primo anno

• Individuazione di tipologie ricorrenti per gli edifici in muratura, sia con riferimento ai materiali impiegati che alle tecniche costruttive.

• Regionalizzazione della scheda per le chiese, con riferimento agli indicatori di vulnerabilità.

• Individuazione di tipologie ricorrenti per gli edifici in c.a., sia con riferimento alle configurazioni plano-altimetriche che ai particolari costruttivi.

• Prime indagini di dettaglio sui materiali, in particolare la muratura, con schede già sperimentate in Lunigiana ed in Umbria.

Modelli di vulnerabilità e scenari di danno

Responsabile: Guido Magenes

Unità di Ricerca coinvolte: Faccioli, Baggio, Magenes, Lagomarsino

Sottotemi P.Q.: 2.5 - 2.6 - 2.7

La predisposizione di modelli di vulnerabilità prevede un impianto concettuale comune a tutte le costruzioni, ed una successiva articolazione specifica per le principali tipologie in esame. Il principio seguito nella costruzione degli scenari di danno è quello di fare largo uso di modelli meccanici semplificati, gli unici che consentono di associare i livelli di danno a determinati stati limite, quale la fessurazione o il collasso.

Per quel che riguarda gli edifici in c.a. ci si propone di utilizzare il metodo “agli spostamenti”, applicato con soddisfacenti risultati in uno studio di scenario sulla città di Catania. Il metodo verrà integrato dai risultati di recenti sperimentazioni riguardanti alcuni aspetti critici degli edifici pre-normativa (tipologia dei nodi, insufficienza di staffature, interazione fra telaio e tamponature, acciai lisci), prestando particolare attenzione a eventuali dettagli costruttivi o tipologie ricorrenti emerse nel rilievo del costruito.

La produzione degli scenari di danno avverrà quindi interfacciando i dati relativi al moto sismico atteso (inclusi gli effetti di sito) con i modelli di vulnerabilità sopra esposti; si prevede una stretta interazione con le unità che elaborano lo scenario di moto sismico, al fine di utilizzare al meglio i diversi parametri dell'input sismico, in relazione ai diversi stati limite di danno.

Prodotti attesi nel primo anno

• Sviluppo dei modelli di calcolo semplificati per i manufatti in muratura ed esecuzione di preliminari analisi parametriche di taratura con modelli più sofisticati.

• Definizione dei meccanismi e degli stati limite significativi per gli edifici in c.a., con sviluppo e taratura dei relativi modelli meccanici semplificati.

• Definizione dei meccanismi, degli stati limite significativi e dei modelli di calcolo semplificati per le chiese.

Soluzioni tradizionali e innovative per la riduzione del danno

Responsabile: Carlo Baggio

Unità di Ricerca coinvolte: Guidoboni, Binda, Baggio, Magenes, Lagomarsino, Dalai Emiliani

Sottotemi P.Q.: 2.5 - 2.6 - 2.7

Questo obiettivo parziale si rivolge all'individuazione di interventi per il miglioramento sismico, caratterizzati da efficacia e compatibilità con le esigenze di conservazione, effettivamente realizzabili tenendo presente le tecniche costruttive degli edifici della Liguria Occidentale e gli eventuali accorgimenti costruttivi, utilizzati storicamente in quest'area per il rinforzo e consolidamento antisismico. Per tutte le soluzioni di intervento proposte saranno compilate delle schede che, oltre a descrivere con accuratezza gli aspetti progettuali e operativi, metteranno chiaramente in luce i principi meccanici da cui discende il miglioramento, in modo da evitare che quello che si configura come un codice di pratica finisca per diventare un repertorio di soluzioni prefabbricate, ma piuttosto risulti uno stimolo per i progettisti chiamati di volta in volta a risolvere operativamente le situazioni specifiche.

Ipotizzando diverse strategie di intervento nell'area di dettaglio, ad esempio attraverso l'adozione sistematica di interventi leggeri quali l'incatenamento, sarà possibile rielaborare con i nuovi modelli di vulnerabilità lo scenario di danno, verificando quindi in modo diretto il risultato in termini di abbattimento del rischio.

L'attività partirà dal secondo anno.

Gestione informatica dei dati

Responsabile: Vera Pessina

Unità di Ricerca coinvolte: tutte

Sottotemi P.Q.: 2.7

L'archiviazione dei dati sarà realizzata attraverso GIS (Sistema Geografico Informatizzato), in modo tale da avere in un unico ambiente i risultati delle diverse ricerche: pericolosità (mappe di scuotimento del suolo, di amplificazione locale, di pericolosità indotta - frane, tsunami), esposizione (individuazione dei beni monumentali, localizzazione degli edifici strategici, identificazione delle aree a maggior densità abitativa, etc.) e vulnerabilità (fragilità del costruito). In tal modo sarà possibile ottenere in modo automatico, attraverso opportuni modelli, scenari di danno al variare dell'evento considerato o a valle di interventi sul costruito per la mitigazione del rischio.

Il sistema informativo territoriale per l'area della Liguria Occidentale sarà organizzato a due livelli di dettaglio:

rappresentazione dell'area a maglia larga, con individuazione dell'orografia, dei centri urbani e delle reti di collegamento;

rappresentazione di dettaglio sull'area campione, con una caratterizzazione di dettaglio del moto sismico atteso (capace di considerare anche gli effetti di sito) e con una precisa individuazione dei manufatti.

La gestione informatizzata di tutto il progetto permetterà di inserire il sistema di dati strutturato direttamente in rete, pronto per essere interrogato attraverso Internet con operazioni di zoom e query. Qualsiasi utente, anche esterno al progetto, sarà in grado di creare mappe personalizzate e di ottenere automaticamente i dati di interesse. In tal modo viene assicurato un costante aggiornamento del progetto ed un confronto sistematico tra i prodotti delle UR.

Prodotti attesi nel primo anno

• Acquisizione della cartografia disponibile (raster o vettorizzata). Organizzazione e georeferenziazione preliminare.

• Archiviazione dei dati geotettonici e dei risultati del censimento a scala regionale (centri storici, opere infrastrutturali, emergenze).

Unità di ricerca partecipanti