La Microzonazione sismica di Livello 1 dei Comuni della Provincia

La Microzonazione sismica di Livello 1 dei Comuni della Provincia
di Foggia: metodologie di studio e primi risultati
Isabella Trulli
Autorità di Bacino della Puglia, Str. Prov. per Casamassima km 3 - 70010 - Valenzano (BARI)
Gian Paolo Cavinato, Giuseppe Cavuoto, Giancarlo Ciotoli, Monia Coltella, Giuseppe Cosentino,
Enrico Paolucci, Edoardo Peronace
CNR-IGAG, Istituto di Geologia Ambientale e Geoingegneria. Area della Ricerca di Roma RM1,
Via Salaria km 29,300, 00015 Monterotondo Stazione (RM)
Parole chiave: Microzonazione sismica, Pericolosità sismica, Banche dati.
RIASSUNTO
La microzonazione è da intendere come strumento di supporto alla pianificazione del territorio e alle
misure di prevenzione del territorio per interventi di emergenza, di recupero e ricostruzione. In tale ottica,
la microzonazione si configura come strumento di riduzione del rischio sismico.
L’osservazione dei danni provocati da un terremoto spesso evidenzia differenze sostanziali in centri
abitati posti anche a piccola distanza tra loro. La causa è spesso da ricercare, oltre che nella diversa
qualità delle strutture, in una differente pericolosità sismica locale. Tale fenomeno è oggetto di studio
della microzonazione sismica il cui obiettivo è individuare e caratterizzare le zone stabili, le zone stabili
suscettibili di amplificazione locale e le zone soggette ad instabilità.
Nella Provincia di Foggia è stata realizzata una microzonazione sismica di livello 1, per 61 Comuni
secondo quanto previsto da Indirizzi e Criteri per la microzonazione sismica (Gruppo di lavoro MS 2008)
sotto il coordinamento del Dipartimento della Protezione Civile.
Lo studio ha riguardato le seguenti fasi: 1) Acquisizione dati disponibili e creazione di un database
GIS; 2) Creazione della Carta delle indagini; 3) Creazione della Carta delle microzone omogenee in
prospettiva sismica.
1
1.1
MICROZONAZIONE SISMICA DI
LIVELLO1 NELLA PROVINCIA DI
FOGGIA
Il progetto
Lo studio di microzonazione simica dei
Comuni della Provincia di Foggia s’inquadra
nella Convenzione tra l’Autorità di Bacino della
Regione Puglia (AdBP) e l’Istituto di Geologia
Ambientale e Geoingegneria del Consiglio
Nazionale delle Ricerche (CNR-IGAG), con la
supervisione scientifica del Dipartimento di
Protezione Civile (DPC).
La convenzione ha per oggetto la redazione di
uno studio di Microzonazione Sismica di Livello1
(Carte delle microzone omogenee in prospettiva
sismica; di seguito MOPS; Carta delle indagini
pregresse e Carta delle frequenze fondamentali Gruppo di lavoro MS 2008) di 61 centri abitati
della provincia di Foggia, loro frazioni e borghi e
aree artigianali e/o industriali, ed è stata
finanziata nell’ambito delle studio di fattibilità
per il monitoraggio e la messa in sicurezza delle
aree urbane a rischio di stabilità statica e
vulnerabilità strutturale del Comune e della
Provincia di Foggia – Cipe 20/2004. Vista
l’indisponibilità di un numero adeguato di dati
necessari alla realizzazione di uno studio di
microzonazione di livello1 per 14 dei 61 Comuni
della Provincia, si è deciso, di concerto con
l’AdBP ed il DPC, di non produrre le carte
MOPS per questi comuni.
Lo studio è stato realizzato seguendo gli
"Indirizzi e criteri per la microzonazione
sismica", approvati dal Dipartimento della
Protezione Civile (DPC) e dalla Conferenza
Unificata delle Regioni e delle Province
autonome (Gruppo di lavoro MS 2008) e le
indicazioni del Gruppo di Lavoro MS,
appositamente costituito per gli studi di
“Microzonazione sismica per la ricostruzione
della conca aquilana” (Gruppo di lavoro MS-Aq
2010) successivi all’evento sismico del 6 aprile
2009 a L’Aquila. Lo svolgimento di tutte le
attività sono state concordate e discusse con
l’apporto costante del Responsabile Scientifico
del Progetto afferente al Dipartimento della
Protezione Civile Nazionale nella persona del
Dott. Giuseppe Naso.
1.2
2. Informatizzazione e archiviazione dei dati
di input in ambiente GIS ai fini
dell’analisi geologica del sottosuolo;
codifica e costituzione dei datasets di
sintesi stratigrafico-fisici, geotecnici,
geofisici e idrogeologici;
3. Estrazione (scelta ponderata) dei dati di
base geologico/geofisici utili ricostruzione
del modello geologico di sottosuolo
(stratigrafico-strutturale);
4. Definizione
delle
architetture
stratigrafico-fisiche ovvero ricostruzione
dei rapporti geometrici tra le unità del
substrato e le coperture detritiche e
alluvionali
e
ricostruzione
delle
condizioni idrogeologiche nel sottosuolo;
5. Definizione degli aspetti geomorfologici e
della loro implicazione su effetti locali di
amplificazione topografica;
6. Caratterizzazione geologico-tecnica dei
litotipi ritenuti di prevalente influenza ai
fini della microzonazione;
7. Ricostruzione del modello geologicotecnico di riferimento (stratigraficostrutturale);
8. Ricostruzione della stratigrafia sintetica
delle MOPS e attribuzione caratteristiche
fisico-meccaniche tipiche.
La Carta delle microzone omogenee in
prospettiva sismica - MOPS
Nella valutazione della pericolosità sismica
uno dei fattori dominanti la variazione di moto al
suolo è sicuramente la condizione geologica
locale del sito (ovvero la conoscenza delle
caratteristiche stratigrafiche, delle proprietà
fisiche e meccaniche dei terreni di un sito che
possono modificare in ampiezza, durata e
contenuto in frequenza un moto sismico).
Il livello 1 della microzonazione sismica ha
per obiettivo la definizione preliminare delle
caratteristiche litologiche e geometriche delle
unità geologiche del sottosuolo (modello
geologico di riferimento) e l’individuazione delle
microzone a comportamento sismico omogeneo
su una carta a scala 1:5.000-1:10.000 (Gruppo di
lavoro MS 2008) attraverso l’analisi del solo dato
pregresso.
Le microzone della carta delle MOPS sono
classificate in tre categorie:
 zone stabili, nelle quali non si ipotizzano
effetti locali di alcuna natura (litotipi
assimilabili al substrato sismico in
affioramento con morfologia pianeggiante
o poco inclinata);
 zone suscettibili di amplificazioni locali,
nelle quali sono attese amplificazioni del
moto sismico, come effetto dell’assetto
litostratigrafico e morfologico locale;
 zone suscettibili di instabilità, nelle quali
gli effetti sismici attesi e predominanti
sono riconducibili a deformazioni
permanenti del territorio (non sono
necessariamente esclusi per queste zone
anche fenomeni di amplificazione del
moto). I principali tipi d’instabilità sono:
 instabilità di versante;
 liquefazioni;
 faglie attive e capaci;
 cedimenti differenziali;
 instabilità da crolli in cavità.
Le varie fasi di lavoro della Carta delle
Microzonee Omogenee in prospettiva sismica di
livello 1, hanno seguito una procedura ben
definita, organizzata in 8 task tematici:
1. Raccolta, valutazione e selezione di tutti i
dati
stratigrafico-fisici,
geotecnici,
geofisici e idrogeologici, disponibili per il
territorio comunale (dati di input pregressi
e di nuova acquisizione areali, lineari e
puntuali);
Figura 1. Distribuzione delle aree investigate nel territorio
della Provincia di Foggia.
2
2.1
DATI DI BASE
Codifica e informatizzazione
Per effettuare gli studi di microzonazione
sismica (di seguito MS) è indispensabile la
raccolta e l’archiviazione organizzata di tutti i
dati stratigrafico-fisici, geofisici ed idrologici
disponibili per il territorio comunale (dati
pregressi areali, lineari e puntuali). A tal fine
sono state visionate e catalogate 512 relazioni
geologiche,
provenienti
dall’acquisizione
effettuata dal Dipartimento di Geologia e
Geofisica dell’Università degli Studi di Bari,
contenti informazioni geotecniche e geofisiche
relative alle indagini eseguite in 61 comuni della
provincia di Foggia (figura 1).
Al fine di poter acquisire correttamente tutte le
informazioni funzionali alla creazione della Carta
delle Indagini è stato necessario un processo di
standardizzazione dei dati. Questo approccio è
stato particolarmente importante nei casi in cui le
informazioni relative ad alcuni parametri
significativi (come ad esempio profondità del
sondaggio, livello di falda, etc.) non erano
esplicitati direttamente nelle relazioni.
Tale processo di omogeneizzazione ha reso i
dati
disponibili
idonei
alla
successiva
informatizzazione.
L’informatizzazione dei dati, coerentemente
con quanto richiesto dalle banche dati in generale,
prevede l’uso di codici numerici che consentono
tra l’altro di mettere in relazione le diverse
variabili e di indicizzare i dati.
A
completamento
del
processo
di
informatizzazione dei dati, le indagini
geognostiche e geofisiche descritte nelle diverse
relazioni sono state digitalizzate e integrate in un
geodatabase utilizzando il software ArcGIS
ESRI.
2.2
attributo specifico in cui è definita l’affidabilità
del punto in carta.
Al fine di poter ricostruire l’andamento del
bedrock, parametro chiave per gli studi di MS,
nel database è stato inserito un apposito campo
da compilare sulla base delle informazioni
estratte dalle stratigrafie dei sondaggi che lo
intercettano.
Per il medesimo scopo, sono state acquisite le
stratigrafie dei pozzi censiti dall’ISPRA
nell’ambito della Legge 464/84 dalle quali è stato
possibile estrarre ulteriori informazioni sulla
profondità del bedrock.
Il database così organizzato permette
l’estrazione di parametri funzionali alla
costruzione di un modello geologico del
sottosuolo
mediante
l’estrapolazione
dell’andamento delle superfici limite dei depositi
di copertura e del substrato.
Figura 2. Schema fisico della banca dati MS Puglia.
Costituzione dataset
Il geodatabase è stato organizzato secondo una
struttura che lo rende sia funzionale alla creazione
della Carta delle Indagini sia di supporto
all’analisi geologica del sottosuolo.
Tale struttura si basa sull’uso di feature class
(puntuali e lineari) in cui le codifiche presenti
hanno permesso di creare dei sottotipi e definire
dei domini di codici.
In particolare, come si osserva in figura 2, la
feature class “Indagini puntuali” è costituita da 4
sottotipi relativi alle principali tipologie di
indagini (sondaggi a carotaggio, sondaggi a
distruzione, prove penetrometriche, prove
geofisiche).
Nelle tabelle che costituiscono il database,
oltre alle informazioni relative alle indagini, sono
riportati anche campi aggiuntivi funzionali alla
valutazione della qualità del dataset; ad esempio
l’ubicazione delle indagini è corredata da un
2.3
Campagna di misura di rumore ambientale
Con lo scopo di integrare i dati pregressi,
appena descritti, è stata pianificata una campagna
di indagini di rumore ambientale, eseguita, oltre
che su tutte le 61 aree oggetto della convenzione,
anche sulle aree oggetto delle indagini
geognostiche condotte dalla stessa AdBP
nell’ambito dei Progetti POR 2000-2006
(nell’ambito dei Comuni di Alberona, Bovino,
Candela, Carlantino, Castelluccio Valmaggiore,
Deliceto,
Faeto,
Motta
Montecorvino,
Pietramontecorvino, Volturino) e nelle aree sulle
quali insistono gli edifici scolastici oggetto delle
valutazioni di vulnerabilità sismica di II° Livello.
I risultati di tali indagini sono stati estremamente
utili nella individuazione di eventuali contrasti di
impedenza sismica e nella verifica delle zone
MOPS definite omogenee sulla base dei rilievi
geologici e dei dati pregressi. Inoltre, le curve
HVSR
sono
servite
nella
calibrazione
dell'andamento della profondità del bedrock,
mediante il confronto con le informazioni
derivate da indagini pregresse.
Nella realizzazione delle misure è stato seguito
il protocollo d’indagine ed elaborazione utilizzato
nelle acquisizioni effettuate a seguito del
terremoto aquilano. I test statistici raccomandati
dal progetto SESAME sono stati integrati
secondo una proposta di classificazione del Prof.
Dario Albarello, con lo scopo di fornire una
indicazione immediata sulla qualità della singola
misura HVSR e di aiutare gli operatori nella fase
d’interpretazione e confronto (Gruppo di lavoro
MS-Aq 2010).
profondità di rinvenimento del substrato rigido
nei sondaggi è stato possibile ricostruire
l’andamento geometrico con la profondità del
substrato (carta delle isobate del substrato –
figura 4)
Queste informazioni di base sono poi state
verificate e tarate dalle analisi delle curve HVSR,
derivanti dalle misure di rumore ambientale ed
opportunamente
inquadrate
nel
contesto
geologico locale.
Figura 4. Carta delle isobate del substrato sulla base dei
dati di sondaggio del database della L464/84.
3.2
Figura 3. Esempio di rappresentazione delle misure di
rumore ambientale acquisite nel Comune di Apricena; il
colore rappresenta la qualità della misura mentre la forma
del simbolo si riferisce alla presenza o meno di un picco
significativo nella curva HVSR.
3
3.1
METODOLOGIA ELABORAZIONE DATI
– LE CARTE MOPS
Determinazione della profondità del
bedrock
A partire dal dato di base, codificato e
informatizzato nelle precedenti fasi del lavoro,
sono state definite le architetture stratigraficofisiche ovvero ricostruiti i rapporti geometrici tra
le unità del substrato e le coperture detritiche e
alluvionali (pannelli di correlazione). In
particolare, dall’estrazione dal database della
Definizione e parametrizzazione dei corpi
geologico-stratigrafici
I litotipi relativi a ogni intervallo stratigrafico
di ciascun sondaggio sono stati analizzati e
interpretati in termini di facies confrontandone
direttamente i risultati in pannelli di correlazione.
Viste le finalità del presente lavoro, si è
preferito non utilizzare, relativamente ai depositi
di copertura, una suddivisione in sintemi poiché
questi raggruppano varie unità, talora con
caratteristiche litologiche (e quindi fisiche) anche
molto differenti. Si è preferito quindi distinguere i
depositi secondo il criterio lito-stratigrafico
I dati così ottenuti hanno mostrato
l’organizzazione geometrica delle facies nel
sottosuolo e le loro variazioni geometriche lateroverticali.
Questo ha consentito di:
1. acquisire un maggior dettaglio dell’assetto
stratigrafico
superficiale
e
alla
ricostruzione di quello profondo;
2. definire l’architettura stratigrafica locale
attraverso
l’utilizzo
di
sezioni
bidimensionali e dei relativi schemi dei
rapporti stratigrafici e geometrici delle
unità di base seguendo ove possibile, le
tendenze evolutive latero-verticali delle
facies, soprattutto nei terreni sedimentari;
3. contribuire alla ricostruzione degli schemi
strutturale,
morfo-litotecnico
e
idrogeologico dell’area in esame.
4. individuare i più probabili contrasti di
impedenza sismica legati a brusche
varizioni litologiche
ad esempio da applicazione di tecniche di
inversione tomografica bidimensionale (ERT),
hanno invece consentito di indagare sia la
struttura resistiva del terreno, mettendo in
evidenza i contrasti di resistività elettrica legati
generalmente dell’eterogeneità dei corpi sepolti,
che di confrontarne la variabilità legata alle
variazioni litologiche, stratigrafiche, di assetto
strutturale e alla presenza di falde(figura 5).
3.3
Scheda di sintesi per la parametrizzazione
delle MOPS
Al fine di garantire un’analisi efficace tra i dati
e i risultati espressi nella rappresentazione della
microzonazione sismica è stato necessario
introdurre una scheda di compilazione e di sintesi
dei principali parametri fisici, meccanici e
geofisici dei terreni che compongono i singoli
stati del volume della microzona (figura 6).
Figura 6. Esempio di una scheda di sintesi per la
parametrizzazione delle MOPS
Figura 5. Esempio di una griglia di sezioni stratigrafiche
di correlazione del dato di sondaggio per il Comune di
Ortanova.
La successiva fase di lavoro ha previsto
l’analisi comparata dei dati geologici di superficie
e di sottosuolo con quelli provenienti dalle prove
geofisiche. La caratterizzazione meccanica dei
terreni di copertura e del substrato geologico è
stata quindi condotta utilizzando i parametri
geofisici derivati sia da prove dirette (Cross-Hole,
Down-Hole, indagini di rumore ambientale), che
da misurazioni geofisiche indirette (sezioni
sismiche a rifrazione, masw, remi), in grado di
fornire i valori medi di vs dei corpi geologici
attraversati e ad ottenere anche informazioni
puntuali inerenti il profilo verticale Vs
Le rappresentazioni ad alta risoluzione delle
caratteristiche elettriche del sottosuolo derivate
Tale scheda corredata da abachi di
correlazione tra diversi parametri geomeccanici e
geofisici è stata di estrema utilità in quanto ha
fornito le indicazioni metodologiche ed operative
da adottare per:
1. scelta dei parametri geotecnici da
utilizzare;
2. calcolo del valore della Vs, a partire da
parametri geotecnici e prove in situ;
3. discretizzazione degli spessori dei terreni
e creazione dei profili colonnari secondo
le loro caratteristiche geomecaniche e
geofisiche;
4. redazione delle relazioni di sintesi dello
studio di microzonazione;
5. creazione degli attributi della feature class
poligonale (MOPS) all’interno del
geodatabase della microzonazione sismica
come tabella relazionale;
6. elaborazione di modelli complessi per
ulteriori studi di tipo geostatistico in
ambiente GIS (figura 7).
Figura 7. Esempio di rappresentazione 3D derivante
dall’elaborazione dei dati raccolti nella scheda di sintesi per
il Comune di Carpino.
4
CONCLUSIONI
E’ stata realizzata la microzonazione sismica
di livello 1 di 61 Comuni della Provincia di
Foggia, secondo quanto previsto da Indirizzi e
Criteri per la microzonazione sismica (Gruppo di
lavoro MS 2008). Le diverse attività di lavoro
hanno previsto una procedura definita secondo le
seguenti fasi:
1. Acquisizione dati disponibili e creazione
di un database GIS georeferenziato;
2. Estrazione per analisi spaziale dei dati
geologico/geofisici utili alla ricostruzione
del modello geologico di sottosuolo;
3. Ricostruzione dei rapporti geometrici tra
unità del substrato e coperture,
ricostruzione
delle
condizioni
idrogeologiche nel sottosuolo (Modello
geologico di riferimento);
4. Definizione degli aspetti geomorfologici e
della loro implicazione su effetti locali di
amplificazione topografica;
5. Caratterizzazione geologico-tecnica dei
litotipi ritenuti di prevalente influenza ai
fini della microzonazione;
6. Ricostruzione sintetica della stratigrafia
delle
MOPS
con
attribuzione
caratteristiche fisico-meccaniche.
BIBLIOGRAFIA
Gruppo di Lavoro MS, 2008. Indirizzi e Criteri per la
Microzonazione Sismica, Conferenza delle Regioni e
delle Provincie autonome, Dipartimento della
protezione civile, Roma, 3 vol. e Cd-rom.
Gruppo di Lavoro MS-AQ, 2010. Microzonazione sismica
per la ricostruzione dell’area aquilana, Regione
Abruzzo
–
Dipartimento
della
Protezione
Civile.L’Aquila, 3 vol. e Cd-rom.