TEMA DI RICERCA: 2

TITOLO DEL PROGETTO: Scenari dettagliati e provvedimenti finalizzati alla prevenzione sismica nell'area urbana di Catania

DURATA DEL PROGETTO: 36 mesi

Premessa

Lo stato attuale delle conoscenze sulla simulazione di eventi sismici e scenari di danno in aree urbane è ben rappresentato dai risultati a cui è pervenuto il “Progetto Catania” del CNR-GNDT, al quale ha partecipato lo scrivente Coordinatore. In particolare sono stati realizzati i prodotti:

• mappe, su base digitale, di scuotimento sismico del suolo per un terremoto catastrofico (tipo 1693) ed un terremoto violento (tipo 1818);

• zonazione geotecnica, su base digitale, del territorio urbano, informatizzata per consentire aggiornamenti e modifiche man mano che nuovi dati e studi si renderanno disponibili;

• mappe, su base digitale, della vulnerabilità sismica degli edifici, incrociando i dati del censimento ISTAT delle abitazioni con quelle del censimento LSU resi disponibili al Gennaio 1998;

• rilevamento della vulnerabilità di circa 80 chiese e loro archiviazione in un sistema GIS;

• banca dati informatizzata dei ponti dei principali sistemi di comunicazione stradale di Catania;

• mappe, su base digitale, del danneggiamento per i terremoti di scenario (1693 e 1818), relativamente a: edifici residenziali e pubblici, chiese, principali ponti e viadotti;

• stima preliminare delle perdite legato esclusivamente al danno diretto agli edifici.

I risultati ottenuti dal “Progetto Catania” del C.N.R.- G.N.D.T. hanno tracciato un primo quadro, dal quale risulta che l'ordine di grandezza delle perdite di vite umane e del danno atteso è tale da rendere necessario l'immediato avvio di una politica di prevenzione, la quale deve fornire indicazioni concrete circa gli interventi da condurre sia sull'edilizia muraria minore, sia su quella storica, sia su quella recente in cemento armato. A tal fine è stato avanzato al GNDT il progetto: Scenari dettagliati e provvedimenti finalizzati alla prevenzione sismica nell'area urbana di Catania, coordinato dal Prof. Ing. Michele Maugeri, Ordinario di Geotecnica presso l'Università di Catania, per l'importo complessivo per il triennio di £. 2.670.000.000, di cui £. 2.070.000.000 a carico del GNDT e £.  600.000.000 a carico del Comune di Catania, sotto forma di Borse di Studio.

Il comitato di valutazione ha approvato il finanziamento del Progetto di Ricerca, riducendone tuttavia l'importo a carico del GNDT a £. 1.000.000.000 per il triennio. A seguito di tale decisione il progetto è stato riformulato per un importo complessivo nel triennio di £. 1.600.000.000, di cui    £. 1.000.000.000 a carico del GNDT e £. 600.000.000 per Borse di Studio a carico del Comune.

La riformulazione del Progetto è stata eseguita in aderenza a quanto suggerito dal Comitato di Valutazione, riducendo essenzialmente le spese di missione e le spese per personale temporaneo. Per quanto riguarda le spese di missione sono stati eliminati n. 2 workshop in Italia di cui uno alla fine del primo anno con i colleghi degli Stati Uniti ed uno alla fine del secondo anno con i colleghi giapponesi; è stato mantenuto soltanto un convegno Nazionale da tenere a Catania alla fine del Progetto. Sono state altresì diminuite le spese di missione per partecipazione a Convegni Nazionali ed Internazionali, per la presentazione dei risultati parziali non appena acquisiti.

Per quanto riguarda le spese previste per il personale temporaneo, sono state eliminate le spese per il personale ex art. 23, come da disposizione ricevuta nel frattempo; è stata altresì drasticamente ridotta a £. 57.000.000 la somma a carico del GNDT, mentre è stata mantenuta invariata la somma di £. 600.000.000 per Borse di Studio di durata triennale, a carico del Comune di Catania.

In sede di riformulazione del Progetto sono stati altresì ridotti gli obiettivi del Progetto medesimo, eliminando quelli non strettamente attinenti allo stesso. In particolare, per quanto riguarda il Task A: Caratterizzazione del Moto atteso ed effetti di sito, Vulnerabilità del sistema viario e del tessuto urbano, anche con riferimento alla sismicità archeologica e storica, gli obiettivi dai 40 originari sono stati ridotti a 30. Per quanto riguarda il Task B: Vulnerabilità del costruito ed interventi di adeguamento e/o miglioramento, gli obiettivi sono stati ridotti da 20 a 15. Per quanto riguarda il Task C: Codici di Pratica per gli edifici in muratura ed in c.a., sistema a base di conoscenza per la gestione del progetto, scenari dettagliati di danno, gli obiettivi sono stati ridotti da 20 a 12.

Obiettivi del triennio

Gli obiettivi del progetto nel triennio si articolano in numero 30 obiettivi per il Task A, numero 15 obiettivi per il Task B, e numero 12 obiettivi per il Task C. Nel progetto riformulato sono indicati nel dettaglio i singoli obiettivi da raggiungere nel triennio nonché la tabella delle scadenze annuali. Tali obiettivi possono essere sinteticamente così riassunti:

• elaborazione di accelerogrammi sintetici e di modelli di velocità ed attenuazione anelastica a scala locale; caratterizzazione del moto atteso al bedrock; elaborazione di una carta geologica in scala 1:2000, caratterizzazione degli effetti di sito dovuti a fenomeni di amplificazione locale, valutazione della vulnerabilità del territorio dovuta a frane, individuazione dei siti esposti all'effetto combinato maremoto-liquefazione;

• analisi della vulnerabilità dell'area urbana di Catania e di aree limitrofe, comprendenti oltre alla valutazione di dettaglio della vulnerabilità dell'edilizia, sulla base dei risultati dei rilievi LSU, che si sono resi disponibili nella loro interezza, anche la vulnerabilità del tessuto urbano e viario, delle reti di servizi e dei sistemi urbani; analisi delle possibili tecniche, anche innovative, di intervento per la riduzione della vulnerabilità stima di vulnerabilità di beni culturali ed analisi degli interventi di riduzione della loro vulnerabilità

• analisi dei danni e delle perdite nello scenario attuale e nello scenario successivo all'attuazione degli interventi per la riduzione di vulnerabilità, da eseguire, seguendo le linee guida elaborate in due Codici di Pratica, da redigere appositamente per il centro urbano di Catania, di cui uno relativo alle opere in muratura ed uno relativo alle opere in cemento armato.

Attività di ricerca nel 1° anno

Il Programma di ricerca descritto è articolato in 3 Tasks denominati A, B e C. Le singole U.R. partecipano ad uno o più tasks; in particolare la U.R. n.1, che comprende al suo interno un Gruppo di Lavoro Geofisica (GL1), un Gruppo di Lavoro Geotecnica (GL2), un Gruppo di Lavoro Cavità (GL3), un Gruppo di Lavoro Strade (GL4) ed un Gruppo di Lavoro Sismicità Storica (GL5), partecipa a tutti e tre i tasks.

L'attività di ricerca, relativamente al primo anno, per il Task A sarà così articolata:

La U.R. n.1, denominata Catania ISFA, Gruppo di Lavoro Geofisica (GL1), curerà la definizione di un modello probabilistico dei parametri di ingresso dei codici di calcolo per la elaborazione dei sismogrammi sintetici (vedi U.R. nn.5,8 e 9), ricorrendo ad approcci bayesiani qualora i dati disponibili siano insufficienti da un punto di vista statistico.

La U.R. n.8, denominata Trieste ICTPTS, curerà la generazione delle onde sismiche a partire da una sorgente estesa, che viene approssimata come una superficie corrispondente al piano di faglia, da cui ha origine la nucleazione principale; i sismogrammi vengono calcolati nell'approssimazione della somma di sorgenti puntiformi col metodo della somma multimodale.

La U.R. n.5, denominata Catania DF, effettuerà la simulazione del processo di rottura su faglia estesa approssimando la sorgente, costituita dalla scarpata ibleo-maltese (che dai risultati ottenuti dal “Progetto Catania”, coordinato da Faccioli, ha originato il terremoto del 1693), con una sorgente di superficie corrispondente al piano di faglia da cui ha origine la nucleazione principale.

La U.R. n.9, denominata Trieste OGS, si propone di modellare alcuni eventi sismici registrati. Le modellazioni saranno effettuate con il metodo degli elementi spettrali 2-D (SPEM 2-D) e con il Wavenumber Integration Method (WIM), un metodo che risolve la propagazione 3-D in un mezzo a strati piani paralleli.

L'U.R. n.4, denominata Catania DSG, si propone di: raffinare le indagini geologico-geofisiche (utilizzando anche profili di sismica attiva) per la migliore definizione della sorgente di terremoti caratteristici dell'area (1693, 1818 e 1848), effettuare il rilevamento geologico di dettaglio (scala 1:2000) del territorio urbano del Comune di Catania (ove necessario si effettueranno sondaggi geognostici e profili di sismica a massa battente).

La U.R. n.1, denominata Catania ISFA, Gruppo di Lavoro Geotecnica (GL2), si occuperà della metodologie di indagine geotecnica a scala urbana, al fine di poter effettuare studi di microzonazione di secondo e terzo livello, secondo le indicazioni del “Manual for Zonation on Seismic Geotechnical Hazards” (ISSMGE-TC4, 1999). Sarà altresì approfondita la caratterizzazione geotecnica del terreno, mediante sondaggi, prove in situ di routine, nonchè misure geofisiche di superficie tipo SAWS ed FTAN (in collaborazione con l'U.R. n.8) e misure entro foro tipo down-hole; in particolare un sondaggio e misure tipo down-hole all'interno del sondaggio, saranno eseguite in corrispondenza di siti significativi. L'U.R. n.1 (GL2) si propone altresì di mettere a punto modelli semplificati di tipo mono-dimensionale per valutare gli effetti locali, tenendo tuttavia conto della non linearità del terreno, in relazione agli elevati valori di accelerazione attesa. La valutazione degli effetti locali sarà evidenziata mediante mappe di microzonazione di 2°  livello del centro urbano di Catania, secondo le indicazioni del “Manual for Zonation on Seismic Geotechnical Hazards” (ISSMGE-TC 4, 1999). Sarà  altresì analizzata la frana di Monte Po,  all'interno del centro urbano, nonché altre frane che possono interrompere le vie di comunicazione tra il centro abitato ed i comuni limitrofi. Per l'analisi di vulnerabilità del sistema viario dei trasporti, sarà altresì effettuata una modellazione della stabilità sismica dei rilevati e delle opere di sostegno, al fine di valutare l'entità delle deformazioni permanenti degli stessi dopo il sisma, che se elevate potrebbero causare l'interruzione delle strade. L'U.R. n.1 (GL2) si propone, infine, di analizzare le tipologie di fondazione più ricorrenti per gli edifici in muratura, per gli edifici in c.a. e per i monumenti e/o edifici monumentali, al fine di elaborare tipologie di intervento in fondazione adeguate per mitigare il rischio sismico in aggiunta agli interventi indicati dalle U.R. n.2 e n.7 per le strutture in elevazione, come sarà indicato successivamente al Task B.

L'U.R. n.6, denominata Roma DISG, estrarrà dal database contenente i vari sismogrammi sintetici, nonché dalle registrazioni che si renderanno disponibili, tutti i parametri di interesse ingegneristico atti a descrivere il moto al suolo ed il potenziale distruttivo associato. In particolare l'U.R. n.6, in collaborazione con l'U.R. n.1 - GL2, valuterà gli spettri di progetto per i siti di interesse.

L'U.R. n.1, denominata Catania ISFA, Gruppo di Lavoro Cavità (GL3), eseguirà una particolare indagine riguardante l'esistenza di cavità nel sottosuolo della città di Catania.

L'U.R. n.9, denominata Trieste OGS, si propone l'esecuzione di misure di rumore sismico vicino a cavità note, con lo scopo di valutare la capacità risolutiva del metodo di Nakamura. Questo test consentirà la taratura del metodo in modo da poter eventualmente rilevare la presenza di cavità non evidenziate dal rilievo diretto mediante speleologi.

L'U.R. n.1, denominata Catania ISFA, Gruppo di Lavoro Strade (GL4), si occuperà della costituzione del database relativo alle strade provinciali per la provincia di Catania.

L'attività di ricerca, relativamente al primo anno, per il Task B sarà così articolata:

La U.R. n.2, denominata Catania ISC, si occuperà della valutazione della vulnerabilità degli edifici in c.a. e degli edifici in muratura, sulla base di analisi non lineari statiche e dinamiche, su un campione significativo di edifici, scelto in modo da risultare sufficientemente rappresentativo delle diverse tipologie costruttive e della loro effettiva presenza sul territorio.

L'U.R. n.7, denominata Palermo DISEG, si occuperà della valutazione del livello di vulnerabilità delle costruzioni in muratura e degli edifici di interesse monumentale.

L'attività di ricerca, relativamente al primo anno, per il Task C sarà così articolata:

L'U.R. n.1, denominata Catania ISFA, gruppo di lavoro Geotecnica (GL2), curerà la microzonazione di 2° livello, mediante un metodo basato su punteggi e penalità che consentirà di valutare la pericolosità geotecnica sismica delle varie zone del territorio comunale.

L'U.R. n.6, denominata Roma DISG, si occuperà della lettura del Centro Storico, secondo l'ottica dei Codici di Pratica, da condurre in stretta collaborazione con il Comune di Catania.

Obiettivi del 1° anno

I risultati attesi per il primo anno di attività, sono riassunti nel seguito per i singoli tasks:

Task A:  A1 - Misure di rumore; A3 - Prove SASW e prove FTAN per la determinazione della velocità delle onde di taglio degli strati più superficiali di terreno; A12 - Definizione di un modello probabilistico dei parametri di ingresso dei codici di calcolo per la elaborazione dei sismogrammi sintetici; A17 - Microzonazione di 2° livello del centro abitato di Catania; A20 - Modellazione delle deformazioni permanenti dei pendii, tenendo conto della degradazione del terreno per le sollecitazioni cicliche e delle sovrappressioni neutre indotte dal sisma; A22 - Modellazione dello spostamento permanente delle opere di sostegno dopo il sisma; A23 - Costituzione del database relativo alle strade provinciali, per la Provincia di Catania; A28 - Rilievo delle cavità esistenti nel sottosuolo di Catania; A29 - Costituzione del database relativo alle cavità rilevate.

Task B: B2 - Individuazione delle tipologie ricorrenti di edifici in c.a. ed esecuzione di prove di identificazione strutturale; B3 - Individuazione delle tipologie ricorrenti di edifici in muratura ordinaria ed esecuzione di prove di identificazione strutturale; B4 - Individuazione di edifici monumentali di rilevante interesse ed esecuzione di prove di identificazione strutturale.

Task C: C9 - Valutazione dell'indice di pericolosità geotecnica sismica e redazione di microzonazione sismica di 2° livello per il centro abitato di Catania.

Conclusioni

Nonostante il finanziamento del progetto di ricerca da parte del GNDT sia stato ridotto a circa il 38%, aliquota che aumenta fino a circa il 55% considerato il cofinanziamento del Comune di Catania, sono stati mantenuti circa il 75% degli obiettivi originariamente previsti; si ha fiducia di poter conseguire il 90% circa di tali obiettivi, che mirano ad una valutazione degli scenari dettagliati di danno e soprattutto all'avvio di una politica di protezione atta a fornire indicazioni concrete, finalizzate alla prevenzione sismica nell'area urbana di Catania.

A tal fine gli studi saranno condotti in stretta collaborazione con gli enti locali preposti allo sviluppo ed alla salvaguardia del territorio, tra i quali in primo luogo il Comune di Catania, l'Ufficio del Genio Civile di Catania, la Soprintendenza ai Beni Culturali ed Ambientali della Provincia di Catania. Sarà altresì curato lo scambio di informazioni nonché la divulgazione dei risultati acquisiti, non appena disponibili, con gli Ordini Professionali degli Ingegneri e degli Architetti, con l'Associazione Nazionale Costruttori Edili, l'associazione degli Industriali ecc., in modo da poter incidere sulla realtà locale, fissando di comune accordo con gli enti interessati la scala di priorità degli interventi, e trasmettendo ai professionisti, alle imprese ed alle maestranze, interessate alla realizzazione delle opere di intervento, le tecniche di adeguamento necessarie, anche di tipo innovativo.

è da sottolineare che il Progetto è cofinanziato dal Comune di Catania che metterà a disposizione la somma necessaria per il finanziamento di n. 7 Borse di Studio di durata triennale, nonchè per la redazione del Codice di Pratica sulle Murature. Il cofinanziamento del Comune di Catania, oltre a contribuire in modo sostanziale al finanziamento della ricerca in modo quasi paritario con il GNDT, rappresenta, altresì, una maggiore garanzia circa la ricaduta, a livello applicativo dei risultati del progetto. In seno all'Unità Operativa del Comune sarà a tal fine istituito un Ufficio per il monitoraggio della ricaduta dei risultati della ricerca sugli Enti Territoriali.

Un Coordinamento sarà inoltre istituito con il Servizio Sismico Nazionale e con l'Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, per quanto riguarda le attività istituzionali dei suddetti Enti che ricadono sulle aree interessate dal Progetto di Ricerca.

Unità di ricerca partecipanti