CAPITOLO 2
LE ATTIVITÀ DEL COMITATO TECNICO - SCIENTIFICO NELL’AMBITO DEI CRITERI DI MICROZONAZIONE SISMISCA A LIVELLO NAZIONALE
Tito Sanò
2.1 Introduzione In seguito a terremoti distruttivi è frequente osservare distribuzioni anomale dei danni alle costruzioni, con forti differenziazioni fra zone contigue anche di piccole dimensioni. Tali anomalie sono in generale da mettere in relazione con una varietà di cause, anche concomitanti, tra cui la differente vulnerabilità intrinseca delle costruzioni e le diversità delle caratteristiche dinamiche medie delle tipologie edilizie prevalenti. Spesso accade che a causare le anomalie siano principalmente le modificazioni delle caratteristiche del moto al suolo indotte da condizioni geologiche, geomorfologiche e geotecniche locali. Il moto sismico in un determinato sito, infatti, è influenzato da tre parametri importanti: il meccanismo di sorgente, la propagazione e la risposta locale. I primi due fattori dipendono fortemente dalle caratteristiche dell’evento sismico che si prevede possa colpire il sito; essi variano al variare delle caratteristiche della sorgente (magnitudo e tipo di rottura della faglia) e della distanza sorgente-sito. La risposta locale è il risultato di interazioni molto complesse tra le onde sismiche e le condizioni locali. Si intende con tale espressione l’insieme delle caratteristiche morfologiche e stratigrafiche di depositi di terreno ed ammassi rocciosi e delle proprietà fisiche e meccaniche dei materiali che li costituiscono. Essa rappresenta un elemento importante e, spesso, fondamentale nella caratterizzazione del moto sismico. L’importanza di tale fenomeno è stata messa in particolare risalto dagli effetti degli ultimi terremoti, ma già un secolo fa i criteri informatori delle Norme Tecniche approvate con regio decreto 18 aprile 1909, n. 193, a seguito del disastroso terremoto di Messina e Reggio Calabria del 1908, riportavano il divieto di nuove costruzioni e ricostruzioni “su terreni posti sopra e presso fratture, franosi o atti comunque a scoscendere, od a comunicare ai fabbricati vibrazioni e sollecitazioni tumultuarie per differente costituzione geologica o diversa resistenza delle singole parti di essi”.
In uno studio condotto da Seed e Idriss (1969) sulle registrazioni accelerometriche effettuate in occasione del terremoto di San Francisco del 1957, emersero risultati che indicavano con evidenza come nell’ambito della stessa città, a poche centinaia di metri di distanza, lo stesso terremoto provocasse
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scuotimenti decisamente differenti in dipendenza degli spessori e delle caratteristiche dei terreni più soffici presenti negli strati più superficiali (Figura 1). Ulteriori studi effettuati in anni successivi, utilizzando le registrazioni accelerometriche e modelli strutturali di edifici, mostrarono come essi risentissero di forze sismiche molto diverse, sia in termini di risultante globale, sia in termini di contenuto in frequenza, spiegando in tal modo alcune evidenti differenze di danneggiamento riscontrate in strutture simili su terreni diversi.
Figura 1. Variazioni dello scuotimento su una distanza di 4 miglia, nel terremoto del 1957 a San Francisco (Seed e Idriss,1969).
Da allora gli studi su molti terremoti (es. Città del Messico, 1986; Kobe, 1995; Izmit, 1999) hanno mostrato e confermato, con sempre maggiore evidenza, come le caratteristiche locali del territorio possano alterare in maniera drastica l’azione sismica. Anche in Italia, in quasi tutti i terremoti recenti ed in modo evidente nella sequenza sismica che ha colpito l’Umbria - Marche nel 1997/98, vengono mostrati livelli di danneggiamento estremamente diversi in edifici simili, dal punto di vista strutturale, in siti distanti poche centinaia di metri fra loro. Nella città di Cesi sono state effettuate registrazioni accelerometriche durante un aftershock che hanno mostrato come i livelli di scuotimento nel sito in pianura su terreni sciolti (Cesi Bassa) siano stati amplificati di oltre il doppio rispetto al sito su roccia (Cesi Villa), ed abbiano avuto una durata molto più lunga (Figure 2 e 3).
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Figura 2. Danni nella città di Cesi a poche centinaia di metri di distanza. A sinistra su un terreno soffice (Cesi bassa, IX MCS) e a destra su terreno rigido (Cesi Villa, VII MCS).
Figura 3. Registrazioni di un aftershock nei due siti della città di Cesi.
2.2 Criteri di microzonazione sismica a livello nazionale Già dopo il terremoto del 1972 con la microzonazione di Ancona (AA.VV., 1982) e successivamente dopo quello del Friuli del 1976 con la microzonazione di Tarcento, gli studi si sono sviluppati rapidamente in tutta Italia specie, come già accennato, dopo il terremoto dell’Umbria - Marche del 1997 quando fu effettuata una microzonazione di tutta l’area colpita. Gli studi hanno avuto lo scopo sia di indirizzare in maniera consapevole e mirata gli interventi di ricostruzione dopo il terremoto, sia di migliorare la cono-
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scenza del fenomeno. Infatti il miglioramento delle condizioni di vita ha spinto la popolazione ad aspettative sempre più alte per quanto riguarda l’abbassamento dei livelli di rischio accettabili e, quindi, ad accrescere sempre di più la conoscenza del fenomeno sismico e dei suoi effetti sulle costruzioni. Anche in Sicilia, a seguito del terremoto del 1990 (M=5.4), sono stati condotti studi di microzonazione nell’area metropolitana di Catania nell’ambito di 3 progetti di ricerca finanziati dal Dipartimento della Protezione Civile (DPC) e dalla Comunità Europea (Faccioli-Pessina 1999, Maugeri 2005) Dopo gli eventi che hanno colpito nel 2002 l’area etnea, sono state avviate le attività di microzonazione dei comuni colpiti dal terremoto. Il fiorire sul territorio nazionale di analisi di microzonazione, senza però dei criteri comuni e condivisi, ha convinto il DPC di attivarsi per definire criteri e metodologie allo scopo di omogeneizzare i lavori di microzonazione. Nel 2006 il DPC ha proposto alla Commissione protezione civile della Conferenza delle Regioni e delle Province autonome di istituire un Gruppo di lavoro, composto da tecnici / esperti nominati dalle Regioni e dal Dipartimento della Protezione Civile, per definire gli Indirizzi e Criteri generali per la microzonazione sismica. Le prime esperienze regionali sulla microzonazione, dopo vari eventi sismici e alcune normative regionali in tale ambito, hanno rappresentato le condizioni preliminari per creare delle basi comuni e condivise, recependo quanto è stato elaborato e sperimentato a livello scientifico e sviluppando le istanze espresse in vario modo dalle Regioni e dalle amministrazioni locali. Il Gruppo di Lavoro ha operato in sinergia con la Sottocommissione 8 “Attuazione della normativa sismica” coordinata dalla Regione Umbria. Gli indirizzi e criteri di microzonazione sono stati completati e il rapporto finale (Conferenza 2008) è stato presentato ufficialmente alla Sottocommissione 8 il 28-022008. Nell’ambito dei suddetti indirizzi e criteri si è convenuto quanto segue. La microzonazione sismica ha lo scopo di riconoscere in una scala sufficientemente grande (scala comunale o sub comunale) le condizioni locali che possono modificare sensibilmente le caratteristiche del moto sismico atteso o possono produrre deformazioni permanenti rilevanti per le costruzioni e le infrastrutture. In sostanza, lo studio viene generalmente sintetizzato in una carta del territorio nella quale sono indicate:
• le zone in cui il moto sismico non viene modificato rispetto a quello atteso in condizioni ideali di roccia rigida e pianeggiante e, pertanto, gli scuotimenti attesi sono equiparati a quelli forniti dagli studi di pericolosità di base (base della normativa sismica sulle costruzioni);
• le zone in cui il moto sismico viene modificato rispetto a quello atteso in condizioni ideali di roccia rigida e pianeggiante, a causa delle caratteristiche litostratigrafiche del terreno e/o geomorfologiche del territorio;
• le zone in cui sono presenti o suscettibili di attivazione fenomeni di deformazione permanente del territorio indotti o innescati dal sisma (instabilità di versante, liquefazioni, fagliazione superficiale, cedimenti differenziali, ecc.).
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Esemplificativo è il lavoro effettuato a San Giuliano di Puglia dopo il terremoto del Molise del 31-102002 (Figura 4). Nella Figura sono sovrapposte alla pianta della città aree a colore differente caratteriz-
Figura 4. Microzonazione del comune di San Giuliano di Puglia (CB) (DPC,2004).
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zate da simboli del tipo A1.x oppure B1.x indicanti zone stabili con terreni tipo A e B con fattori di amplificazione del moto sismico uguale a 1.x oppure aree instabili con simboli GMa, GMm, GMb, rispettivamente, per un rischio alto, medio e basso. Questa carta è il risultato sintetico della microzonazione in un comune. Lo studio di microzonazione fornisce una base conoscitiva della pericolosità sismica locale delle diverse zone e consente di stabilire gerarchie di pericolosità utili per la programmazione di interventi di riduzione del rischio sismico, a varie scale. La microzonazione rappresenta, pertanto, uno strumento molto utile, ai fini della prevenzione sismica e della valutazione del rischio sismico, per il governo del territorio, la progettazione e la pianificazione dell’emergenza. Il documento degli Indirizzi e Criteri sottolinea come gli studi di MS siano di fondamentale importanza nel governo del territorio al fine di:
• orientare la scelta di aree per nuovi insediamenti; • definire gli interventi ammissibili in una data area; • programmare le indagini e i livelli di approfondimento; • stabilire orientamenti e modalità di intervento nelle aree urbanizzate; • definire priorità di intervento. Nella pianificazione d’emergenza sia a livello comunale che provinciale, gli studi di microzonazione consentono una migliore e consapevole individuazione degli elementi strategici di un piano di emergenza ed, in generale, delle risorse di protezione civile. Inoltre, la conoscenza dei possibili effetti locali indotti da un evento sismico su un territorio contribuisce a:
• scegliere aree e strutture di emergenza ed edifici strategici in zone stabili; • individuare i tratti “critici” delle infrastrutture viarie e di servizio e le opere rilevanti per le quali, nel caso di pericolo di collasso, potrebbero essere necessarie specifiche valutazioni di sicurezza. Nella progettazione di opere nuove o di interventi su opere esistenti, gli studi di microzonazione evidenziano l’importanza di fenomeni quali le possibili amplificazioni dello scuotimento legate alle caratteristiche litostratigrafiche e morfologiche dell’area, e dei fenomeni di instabilità e deformazione permanente attivati dal sisma. Inoltre viene sottolineato come, in funzione dei diversi contesti e dei diversi obiettivi, gli studi di microzonazione possano essere effettuati a vari livelli di approfondimento, con complessità ed impegno crescenti, passando dal livello 1 fino al livello 3:
• il livello 1 è un livello propedeutico ai veri e propri studi di microzonazione, in quanto consiste in una raccolta di dati preesistenti, elaborati per suddividere il territorio in microzone qualitativamente omogenee rispetto alle fenomenologie sopra descritte;
• il livello 2 introduce l’elemento quantitativo associato alle zone omogenee, utilizzando allo scopo ulteriori e mirate indagini, ove necessarie, e definisce la carta di microzonazione sismica;
• il livello 3 restituisce una carta di microzonazione sismica con approfondimenti su tematiche o aree particolari.
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Il primo livello ha, quindi, come scopo primario quello di raccogliere tutti i dati e le informazioni già esistenti sul territorio e di fornire i risultati su una carta a scala 1:5.000 - 1:10.000 e serve come fase preparatoria per orientare la scelta del livello successivo di approfondimento. Esso dovrà fornire una carta delle indagini in scala 1:10.000 o superiore in cui vengono evidenziate le localizzazioni delle indagini già effettuate, il loro tipo e le aree che sono scoperte dove si ritiene indispensabile effettuare ulteriori indagini nelle fasi successive. Un ulteriore risultato riguarda la produzione di una carta delle microzone omogenee in prospettiva sismica. Già in questa fase, in base alle informazioni ed ai dati disponibili, è necessario produrre una carta in cui è prevedibile l’occorrenza di diversi tipi di effetti prodotti dall’azione sismica. Non si tratta di quantificare gli effetti, ma si tratta di interpretare quello che si ha a disposizione. Quindi si devono utilizzare le indagini già disponibili, le carte geologiche e geomorfologiche almeno a scala 1:10.000, carte litotecniche a scala 1:10.000, profili litostratigrafici, sezioni geolitologiche e le carte di dissesto idrogeologico. La carta dovrà quindi coprire tre aspetti: indicare le zone stabili dove non è necessario più indagare e sulle quali è prevedibile non esserci effetti sismici di sito, le zone stabili dove esistono possibili effetti di amplificazione sismica sulle quali vanno evidenziati i parametri utili per la fase seconda (per esempio la profondità del bedrock), ed infine le zone instabili nelle quali gli effetti sismici attesi sono riconducibili a deformazioni permanenti del terreno senza escludere gli effetti di amplificazioni del moto. Tra gli altri tipi di instabilità sono evidenziate anche quelle dovute a fagliazione superficiale. Il secondo livello ha due obiettivi. Il primo riguarda l’approfondimento conoscitivo del territorio mediante nuove indagini sia in aree non esplorate precedentemente, sia per ridurre l’incertezza in aree già esplorate. Il secondo riguarda la quantificazione numerica, anche con metodi semplificati come leggi empiriche o abachi, della modificazione del moto sismico in superficie e/o dello svilupparsi dei fenomeni di deformazione permanente: frane, liquefazione, compattazione del terreno etc. Negli Indirizzi e Criteri sono suggerite formulazioni semplificate per le analisi di stabilità e metodologie per produrre abachi per il calcolo dell’amplificazione locale del moto sismico. Il risultato finale è la produzione di una carta di microzonazione con individuazione delle zone omogenee e della loro caratterizzazione quantitativa (fattori di amplificazione, etc). L’attività di secondo livello si sviluppa nelle aree, stabili ed instabili, già individuate al primo livello; già nella prima fase si può determinare in alcune microzone la necessità di passare direttamente al livello tre. Il terzo livello comporta indagini di maggiore dettaglio con acquisizione di dati sismometrici, sondaggi, prove geotecniche in situ ed in laboratorio ed eventualmente studio del microtremore. Anche le analisi, di conseguenza, possono essere di maggiore dettaglio ed i risultati devono comprendere la descrizione particolareggiata delle attività e la carta finale di microzonazione. Il rapporto degli Indirizzi e Criteri descrive, tra l’altro, le modalità di presentazione dei dati, delle metodologie di elaborazione e dei risultati.
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2.3 Peculiarità della microzonazione sismica in area etnea Nell’ambito della distinzione dei tre livelli della microzonazione, lo stato delle attività di microzonazione nei nove comuni della Sicilia orientale si può considerare di livello 1. In particolare lo stato degli studi è molto avanzato per alcuni aspetti, come per esempio l’individuazione e perimetrazione delle aree di instabilità per fagliazione superficiale, tanto che può essere ricondotto ad un valore superiore a quello di un secondo livello. Ciò è derivato dalla ragione stessa della creazione del Comitato Tecnico - Scientifico (OPCM 3278/2003) dopo gli eventi del 2002 quando, in seguito all’emergenza e alla necessità di ricostruire, si è intervenuto rapidamente nelle aree più danneggiate. Pertanto tutta l’area urbanizzata dei nove comuni è stata indagata e, non solo sono state definite le aree di instabilità per fagliazione superficiale, ma anche sono stati fissati i criteri sia per la progettazione e ricostruzione, sia per il controllo nelle stesse aree. Per altri aspetti, come la definizione delle microzone omogenee ai fini della pericolosità sismica, la stessa ha richiesto e richiede uno sforzo non comune a causa della peculiarità dei terreni nelle zone esaminate che si presentano del tutto differenti dal resto d’Italia. Infatti è stato raccolto, nella fase di primo livello, un gran numero di indagini già esistenti sui terreni, tra cui parecchi sondaggi meccanici, dai quali risulta che i terreni stessi presentano delle alternanze di strati rigidi e soffici fino a profondità superiori a 30 metri, senza una evidente continuità spaziale. Nella Figura 5 sono riportati, a scopo esemplificativo, alcuni risultati di indagini sul territorio in esame effettuate ad alcune decine di metri di distanza l’una dall’altra. I risultati sono espressi come andamenti della Vs (velocità delle onde di taglio), cioè della rigidezza del terreno, in funzione della profondità. Il terreno può essere qui rappresentato come una matrice flessibile (con Vs pari a circa 300 m/s) entro cui
Figura 5. Risultati delle prove in foro per la determinazione della Vs, eseguite a poche decine di metri di distanza.
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si alternano strati rigidi (Vs maggiori di 700 m/s). Le strisce più scure nella Figura 5 rappresentano gli strati a maggiore rigidezza. Questa variazione spaziale comporta la difficoltà di definire un’area sufficientemente estesa a comportamento uniforme. Esiste ancora un’altra peculiarità nel fatto che in tutte le indagini finora effettuate non si è determinata la profondità dove finisce l’alternanza degli strati sopra descritta. Da quanto detto precedentemente risulta una prima difficoltà, cioè quella di definire la profondità del substrato sismico convenzionale (bedrock), che rappresenta il parametro primario per tutte le analisi di amplificazione sismica locale. Quindi non è stato possibile individuare, già a livello 1, le microzone a pericolosità uniforme. Inoltre, la sopra citata discontinuità spaziale delle caratteristiche meccaniche dei terreni, rende estremamente laboriosa la definizione di una geometria uniforme degli strati in aree circoscritte che è un parametro altrettanto importante per la seconda fase di microzonazione. È utile sottolineare che negli Indirizzi e Criteri per la microzonazione è stato considerato conveniente utilizzare come dato di riferimento la pericolosità sismica di base a livello nazionale o regionale, che fornisce il moto sismico caratteristico nel sito in esame. Tale moto sismico di riferimento è quello stesso utilizzato dalla normativa sismica nazionale per i terreni di tipo A caratterizzati da una Vs superiore o uguale a 800 m/s. Come già detto nel livello 2 è richiesta la definizione delle microzone omogenee in prospettiva sismica anche mediante analisi di amplificazione sismica, cioè studiando come il moto sismico di riferimento venga modificato dalle condizioni locali. Pertanto diventa indispensabile individuare zone omogenee per quanto riguarda la geometria e le caratteristiche meccaniche degli strati da cui può derivare una omogeneità del moto sismico in superficie. La stessa normativa permette di utilizzare, in alternativa alle analisi specifiche di sito, classi di terreni e parametri del moto sismico ad essi associati. Ma, a parte la scarsa approssimazione del metodo alternativo, la definizione delle classi di terreno mal si adatta alla situazione dei nove comuni in studio in quanto richiede che i terreni stessi presentino un graduale miglioramento delle proprietà meccaniche con la profondità; cioè prevede che la rigidezza sia crescente con la profondità, situazione in realtà quasi mai verificata nei comuni del versante orientale dell’Etna. Date le difficoltà legate alla peculiarità dei terreni in esame, le attività di studio e di indagine della geologia locale devono essere necessariamente di maggior dettaglio di quanto previsto per il primo livello nel documento che definisce a livello nazionale gli indirizzi e i criteri e, quindi, non possono essere legate alla rigida classificazione dei livelli di approfondimento indicata nello stesso documento. In conclusione se da un lato, per effetto dei rilievi della fagliazione superficiale, è stato raggiunto un livello molto avanzato superiore al primo, per gli altri aspetti sono ancora in corso gli studi di approfondimento resi più difficoltosi dalle peculiarità dei terreni dell’area in esame che richiede soluzioni innovative rispetto a quelle usuali nel resto d’Italia.
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