ESEMPI DI CARTOGRAFIE DI MICROZONAZIONE SISMICA DI LIVELLO 1 Casi Studio

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1 DIREZIONE GENERALE DELLE POLITICHE TERRITORIALI ED AMBIENTALI COORDINAMENTO REGIONALE PREVENZIONE SISMICA ESEMPI DI CARTOGRAFIE DI MICROZONAZIONE SISMICA DI LIVELLO 1 Casi Studio M. Baglione, V. D Intinosante, D P. Fabbroni Coordinamento Regionale Prevenzione sismica Regione Toscana Indagini e tecniche di Microzonazione Sismica di Livello 1 CRPS 15 dicembre 2011

2 carte di Microzonazione Sismica di livello 1 COSA SONO? : Ricostruzione 3D della stratigrafia di un area Fino ad ora si faceva riferimento alla sola geologia di superficie.. FAL ALL

3 ZMPSL: eseguite tenendo conto dei soli dati geologici e geomorfologici di superficie con l aggiunta di alcuni Buffer geometrici di estensione fissa aventi la funzione di Warning 9-8 (Buffer 20m) 9

4 Adesso si deve eseguire una ricostruzione 3D della stratigrafia.. ZONA 1 ZONA 2 ZONA 4 ZONA ZONE STABILI ZONE STABILI SUSCETTIBILI DI AMPLIFICAZIONI LOCALI ZONA 1 ZONA 2 ZONA 3 ZONA 4 S Substrato con copertura massima di 3 m S Copertura alluvionale d 0 a 20m S Copertura alluvionale da 20 a 40m S Copertura alluvionale superiore a 40m

5 ZMPSL MOPS ZONA (Buffer 20m) ZONA 3 ZONA 2 9 ZONA ZONE STABILI ZONE STABILI SUSCETTIBILI DI AMPLIFICAZIONI LOCALI ZONA 1 S Substrato con copertura massima di 3 m ZONA 2 S Copertura alluvionale d 0 a 20m ZONA 3 S Copertura alluvionale da 20 a 40m ZONA 4 S Copertura alluvionale superiore a 40m Sostanzialmente La MOPS dettaglia maggiormente le coperture alluvionali che nella ZMPSL venivano trattati indistintamente

6 Se la stratigrafia si complica la MOPS lo evidenzia la ZMPSL no.. ZONA 1 ZONA 2 ZONA 4 ZONA 5 ZONA Argille lacustri ZONE STABILI ZONE STABILI SUSCETTIBILI DI AMPLIFICAZIONI LOCALI ZONA 1 S Substrato con copertura massima di 3 m ZONA 2 S Copertura alluvionale d 0 a 20m ZONA 3 S Copertura alluvionale da 20 a 40m ZONA 4 S Copertura alluvionale da 40 a 50m ZONA 5 S Copertura alluvionale superiore a 50m Argille lacustri spessore da 0 a...m

7 MODALITA DI REALIZZAZIONE DELLE INDAGINI E STUDI DI MS LIVELLO 1 QUADRO CONOSCITIVO ANALISI ED ELABORAZIONI PRODOTTI FINALI Raccolta di tutti i dati pregressi esistenti nell area: rilievi geologici, geomorfologici, geologico-tecnici, indagini geofisiche, sondaggi e stratigrafie desunte da pozzi; Rilevamenti geologici di controllo sul terreno; Nuove indagini: Esecuzione di ulteriori indagini geofisiche e geotecniche, qualora la raccolta dei dati pregressi non consenta la ricostruzione di un quadro conoscitivo sufficientemente attendibile rispetto agli obiettivi del livello 1; Misura passive del rumore ambientale, mediante tecnica a stazione singola; Definizione di un modello geologico di sottosuolo semplificato mediante sezioni geologiche (RETICOLO); Scelta, con l ausilio delle sezioni geologiche, delle colonne stratigrafiche tipo per le zone stabili suscettibili di amplificazione. Carta delle indagini (sia esistenti che di nuova realizzazione); Carta geologica e geomorfologica almeno alla scala 1: ; Carta delle Microzone omogenee in prospettiva sismica (MOPS) almeno alla scala 1: ; Relazione tecnica illustrativa della carta MOPS; Carta delle frequenze fondamentali dei depositi. Quale scala è consigliata per gli studi di MS? Scala Scala (per aree VEL)

8 ESEMPI DI CARTOGRAFIE DI MICROZONAZIONE DI LIVELLO I

9 Carta geologica della conca aquilana Il territorio aquilano è costituito da rilievi carbonatici e da conche colmate da spessori rilevanti (anche dell'ordine delle centinaia di metri) di sedimenti lacustri. Abbiamo quindi forti contrasti di rigidezza.

10 Valutazione qualitativa degli effetti sismici locali.alcuni esempi nei Comuni della Valle dell Aterno Paganica Roio Onna San Gregorio Monticchio Cavalletto Ocre Fossa Castelnuovo Casentino Villa S.Angelo

11 Onna 900m circa

12 Fonte: Geol. Marcantonio Onna

13 Onna

14 Onna

15 Monticchio

16 Macroarea 9 aree di indagine Pianola (42ha) Bagno (65ha), Civita di Bagno (28ha), San Benedetto (33ha) Valle Cavalletto (150ha) per un totale di 350ha circa San Felice Ocre (26 ha)

17 ATTIVITA : GRUPPO DI LAVORO MACROAREA 9 Bagno, Civita di Bagno, S. Benedetto, Ripa, Pianola, Valle, Cavalletto, S. Felice d Ocre TASK 2 Modello geologico: Rilievi geologici e geomorfologici in scala , completi di sezioni geologiche Università di Firenze, Università di Pisa, Regione Toscana; Carte di livello 1 TASK 3 Geofisica: n 16 linee di sismica a rifrazione con onde P e SH (n.6 Univ. di Chieti e n.11 Geoprove sas di Lucca di cui n.2 di lunghezza pari a 240m eseguite a 48 canali); n. 17 Indagini MASW (Provincia di Trento); n.41 Prove REMI (Provincia di Trento); n. 7 Prove Down-hole (CNR di Napoli) TASK 4 Geotecnica: n. 8 Sondaggi Geotecnici + analisi di laboratorio statiche e dinamiche (Università di Pisa, laboratorio CGG Bologna, Regione Toscana) Coordinamento Generale REGIONE TOSCANA Coord. Regionale Prevenzione Sismica TASK 5 Sismica Strumentale: Università di Firenze Acquisizione, per ogni area e per una durata di 24 ore circa, di rumore ambientale e terremoti locali da sette stazioni sismiche a larga banda posizionate contemporaneamente. Le indagini sono state mirate alla valutazione dei rapporti H/V (o HVSR) su rumore ambientale, al fine di stimare il periodo fondamentale di risonanza del terreno, e alla valutazione dei fattori d amplificazione (H/Href; V/Vref) basati sulle registrazioni sismiche dei terremoti locali.

18 GRUPPO DI LAVORO MACROAREA 9 Bagno, Civita di Bagno, S. Benedetto, Ripa, Pianola, Valle, Cavalletto, S. Felice d Ocre ATTIVITA : TASK 6 Definizione del Modello di sottosuolo: (Regione Toscana) Ricostruzione delle geometrie sepolte e parametrizzazione geofisica e geotecnica delle litologie presenti, attraverso la realizzazione di sezioni geologiche di sottosuolo redatte a seguito di tutte le indagini eseguite. Ciò permetterà l esecuzione di analisi di risposta sismica locale di livello 3.

19 L AREA DI S.FELICE D OCRE

20 Stralcio della Cartografia geologica della Regione Abruzzo Progetto CARG (da Aquater)

21 RILIEVI GEOLOGICI DI SUPERFICIE IN SCALA 1:5.000 Prima versione rilievo geologico AREA DI S.FELICE D OCRE Obiettivi: 1) Definizione dello spessore della copertura e parametrizzazione in Vs; 2) Presenza del bedrock sismico al di sotto del centro abitato?

22 Danneggiamento molto elevato all interno del centro abitato...

23 Seconda versione rilievo geologico

24 UBICAZIONI INDAGINI AREA DI S.FELICE D OCRE PROFILO VS Down-hole, sismica a rifrazione, MASW PERIODO FONDAMENTALE misure strumentali CARATTERIZZAZIONE GEOTECNICA Sondaggi e prove di laboratorio OCR5 CARATTERIZZAZIONE GEOFISICA E PROFONDITA BEDROCK Sondaggi, sismica a rifrazione, down-hole e REMI Sono stati eseguiti nell area: n. 2 profili di sismica a rifrazione con onde P e SH; n.1 sondaggio con relativa prova DH n.7 misure strumentali; n. 6 prove REMI

25 MISURE STRUMENTALI: CONSIDERAZIONI AREA DI S.FELICE D OCRE I rapporti spettrali H/V eseguiti su rumore evidenziano per quest area picchi spettrali di 3-5 Hz che suggeriscono la presenza di un substrato sismico molto superficiale e di coltri sedimentarie di spessore poco rilevante; La mappa dei periodi di risonanza, elaborata tramite l interpolazione delle singole misure effettuate, è abbastanza omogenea, ma tuttavia evidenzia in prossimità del centro abitato di S.Felice un lieve aumento dei periodi, suggerendo in questa zona un maggiore spessore della coltre detritica; Le registrazioni di eventi sismici locali evidenziano una marcata disomogeneità della risposta sismica nei vari siti di misura, che determinano i rapporti Z/Zref ed H/Href con forme molto pronunciate e con valori anche elevati come su MA6. La stazione MA5, posta su substrato in affioramento, presenta invece le ampiezze sismiche minori, e curve H/Href e V/Vref pressoché piatte; Dai rapporti H/Href e V/Vref, eseguiti su 4 terremoti locali, è stato stimata la mappa del fattore d amplificazione, evidenziando le aree di maggior amplificazione quelle che probabilmente hanno un maggior spessore di coltre detritico sedimentaria.

26 OCR1 12 OCR5 11S1 ALCUNI ESEMPI DI INDAGINI OCR 1 CALCARI A BRIOZOI (BRZ) OCR 5 Ottima congruenza Tra la prova REMI 11 e il sondaggio S1 Buona, in generale, la congruenza tra sismica a rifrazione, Sondaggio e prove REMI In termini di spessori. S1 LIMO 16m SABBIA 24m GHIAIA 30m 8 profondità (m) ReMi 12 San Felice - profilo di Vs 218 m/s velocità (m/sec) m/s 1009 m/s 1545 m/s Vs profondità (m) (ciottolami) ReMi 11 San Felice - profilo di Vs m/s 451 m/s velocità (m/sec) 850 m/s 69 m/s Vs profondità (m) Per le Vs ci si affida alle Prove DH e alla sismica a rifrazione. ReMi 8 San Felice - profilo di Vs velocità (m/sec) m/s 769 m/s 891 m/s 228 m/s Vs

27 MODELLO DI SOTTOSUOLO AREA DI S.FELICE D OCRE Le velocità delle onde SH sono state desunte, dalla prova down-hole opportunamente integrata dalla sismica a rifrazione e dalle misure REMI che, limitatamente a quest area, presentano una buona correlazione.

28 MODELLO DI SOTTOSUOLO AREA DI S.FELICE D OCRE

29 MODELLO DI SOTTOSUOLO AREA DI S.FELICE D OCRE

30 -SAN FELICE CARTA MOPS (LIVELLO 1) (LIVELLO 3) la zona 1 è una zone stabile; Il centro storico è ubicato su una zona apparentemente stabile; in realtà dalle indagini successive sono presenti coperture di spessore anche elevate; la zona di espansione è suscettibile di amplificazione stratigrafica; è presente anche un area suscettibile di instabilità

31 L AREA DI VALLE E CAVALLETTO

32 RILIEVI GEOLOGICI DI SUPERFICIE IN SCALA 1:5.000 AREA DI VALLE E CAVALLETTO VALLE Roccia affiorante Dolina sepolta

33 VALLE S.FELICE FIDARSI è BENE, NON FIDARSI

34 UBICAZIONE INDAGINI AREA DI VALLE E CAVALLETTO PROFILO VS Down-hole, sismica a rifrazione, MASW PERIODO FONDAMENTALE misure strumentali CARATTERIZZAZIONE GEOTECNICA Sondaggi e prove di laboratorio CARATTERIZZAZIONE GEOFISICA E PROFONDITA BEDROCK Sondaggi, sismica a rifrazione, down-hole e REMI Sono stati eseguiti nell area: n. 6 profili di sismica a rifrazione con onde P e SH; n.2 sondaggi con relative prove DH n.7 misure strumentali; n. 9 prove REMI

35 S3 OCR2 ALCUNI ESEMPI DI INDAGINI AREA DI VALLE E CAVALLETTO S7 OCR2a 14 OCR4 (BRZ) OCR2a ReMi 14 Valle - profilo di Vs velocità (m/sec) (alluvioni) S7 5m LIMO E ARGILLA GHIAIA profondità (m) m/s 662 m/s 562 m/s Vs 700 S3 Ciottoli e ghiaia (UAM) 30m m/s 15m Argilla 30m

36 ALCUNI ESEMPI DI INDAGINI OCR3c OCR3c 18 OCR3a ReMi 18 Cavalletto - profilo di Vs velocità (m/sec) Ottima congruenza tra la sismica a rifrazione e la prova REMI soprattutto in termini di spessori. Per le Vs ci si affida alla sismica a rifrazione. profondità (m) m/s 525 m/s 688 m/s m/s Vs 700

37 MISURE STRUMENTALI: CONSIDERAZIONI I rapporti spettrali eseguiti su rumore in quest area evidenziano due aree distinte, la parte meridionale con frequenze di risonanza intorno a 1 Hz e la parte nord con periodi maggiori di 3 Hz; La zona di drastica variazione dei periodi di risonanza coincide proprio la zona in cui la conoide attraversa il fronte montuoso, passando da una condizione incassata per estendersi all interno della pianura, inoltre è probabile la presenza in questa zona di un brusco approfondimento del substrato sismico. Le registrazioni sismiche dei terremoti locali presentano anche in quest area un notevole variazione delle forme d onda in funzione del sito di registrazione. I rapporti H/Href e Z/Zref sono coerenti nella forma con i rapporti H/V eseguiti su rumore, e mettono in evidenza alla stazione MB6 un picco di amplificazione anomalo intorno a 3 Hz che non veniva evidenziato nei soli rapporti eseguiti su rumore. È stato verificato dai sondaggi disponibili che la stazione MB6 è posizionata in una zona di basso relativo del substrato, in corrispondenza di una probabile dolina sepolta; La mappa d amplificazione che deriva dai rapporti H/Href e V/Vref, presenta valori d amplificazione consistenti procedendo verso nord. AREA DI VALLE E CAVALLETTO

38 località Valle-Cavalletto litologia Vs media (m/s) Alluvioni riempimento dolina 445 Alluvioni recenti 305 Fluvio lacustre 595 Conoide alluvionale grossolana 705 CBZ Valle 830 UAM substrato deformabile 815 UAM substrato rigido 1250 Tali velocità sono state desunte, per la località di Valle, dalla prova down-hole (che indaga però solo le coperture) opportunamente integrata dalla sismica a rifrazione; mentre per la località di Cavalletto i valori di Vs sono stati definiti dalle misure REMI (che individuano gli spessori elevati di copertura e la profondità del bedrock sismico) opportunamente integrati con i risultati delle linea di sismica a rifrazione OCR3c.

39 MODELLO GEOLOGICO DI SOTTOSUOLO AREA DI VALLE E CAVALLETTO

40 MODELLO GEOLOGICO DI SOTTOSUOLO AREA DI VALLE E CAVALLETTO MODELLO DI SOTTOSUOLO MODELLO DI SOTTOSUOLO

41 CARTA DELLE MICROZONE OMOGENEE IN PROSPETTIVA SISMICA (LIVELLO 1) AREA DI VALLE CAVALLETTO Non ci sono zone stabili; Il versante orientale è ubicato su una zona stabile suscettibile di amplificazione topografica; tutte le zona di espansione sono suscettibile di amplificazione stratigrafica in misura diversa in relazione ai differenti contrasti di velocità tra substrato (bedrock?) e coperture.

42 Alcune considerazioni generali: 1) PARTICOLARE ATTENZIONE NELL IMPOSTAZIONE DELLA CARTA DI LIVELLO 1: IL SUBSTRATO ROCCIOSO NON VA AUTOMATICAMENTE IN ZONA STABILE 1 (ZONA 1). ES. IL FLYSH ARENACEO-MARNOSO E\O ARGILLITICO NON E QUASI MAI UN BEDROCK SISMICO. QUINDI VA IN ZONA 2, 3 Argilliti della Formazione di Sillano Vs medie desunte dalle prove down-hole eseguite nel comune di Barberino di M.llo pari a 645 m/sec E UN SUBSTRATO RIGIDO, MA NON UN BEDROCK SISMICO. QUINDI DEVE ESSERE INSERITO IN ZONA STABILE SUSCETTIBILE DI AMPLIFICAZIONE LOCALE

43 Alcune considerazioni generali: 2) PARTICOLARE ATTENZIONE NELL IMPOSTAZIONE DELLA CARTA DI LIVELLO 1: LITOTIPI PARTICOLARMENTE ALTERABILI POSSONO DAR LUOGO A COLTRI DI ALTERAZIONE (NON AVENTI CARATTERISTICHE DA BEDROCK SISMICO) DI VARI METRI PERTANTO NON POSSONO ESSERE ZONE STABILI AREA DI BAGNO S2 33 BGN1 Cappellaccio di alterazione (UAP) FLYSH (UAP) S2 Cappellaccio alterazione 2m substrato FLYSH (UAP) L unità UAP b non è zona stabile

44 MODALITA DI UTILIZZO E RECEPIMENTO DELLA CARTOGRAFIA DI LIVELLO 1 La MOPS: Cartografia qualitativa che individua aree a comportamento omogeneo in caso di sisma senza quantificare l entità dell amplificazione Non assegna classi di pericolosità ma individua 3 diverse zone individua sia aree che elementi lineari senza assegnare buffer a questi ultimi (ad eccezione delle faglie attive e capaci) Fenomeni di amplificazione topografica o aree a deformazioni permanenti LIVELLO 2 (MONODIMENSIONALE) Forme ed elementi di Superficie e Sepolti Che guideranno l individuazione e l ubicazione delle sezioni geologiche significative da utilizzare per la modellazione bidimensionale (LIVELLO3)

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46 MODALITA DI UTILIZZO E RECEPIMENTO DELLA CARTOGRAFIA DI LIVELLO 1 Nel regolamento 53R, partendo dalla MOPS (LIVELLO1-QUALITATIVO) ho comunque la necessità di suddividere il territorio secondo 4 classi di pericolosità. Per le Aree ok ma gli elementi lineari? Effetti topografici Utilizzare una metodologia già in uso e nota ai professionisti: BUFFER ZMPSL

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50 Terren o A Terren o B

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54 A quale zona associo la pericolosità S3 dovuta all alto contrasto di impedenza atteso tra substrato e coperture entro alcune decine di metri contrasto di impedenza: > 2 ZONA 1 ZONA 2 S3 S3 ZONA 3-20 ZONA 4-40 Spessori: bastano 20 m? ZONE STABILI ZONE STABILI SUSCETTIBILI DI AMPLIFICAZIONI LOCALI ZONA 1 ZONA 2 ZONA 3 ZONA 4 S Substrato con copertura massima di 3 m S Copertura alluvionale d 0 a 20m S Copertura alluvionale da 20 a 40m S Copertura alluvionale superiore a 40m

55 VALUTAZIONE SPEDITIVA E SEMPLIFICATA DEL FATTORE DI AMPLIFICAZIONE IN FUNZIONE DELLE CARATTERISTICHE SISMOSTRATIGRAFICHE DELLE COPERTURE SISMICHE E DEL SUBSTRATO contrasto di impedenza 3 contrasto di impedenza 2 Stabilita una vs media delle coperture pari a 400 m/s e considerati due substrati sismici differenti (uno rigido con vs=1200 m/s) ed uno deformabile (Vs=800 m/s), si vengono a determinare rispettivamente una situazione ad alta impedenza ed una a bassa impedenza.

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59 DIREZIONE GENERALE DELLE POLITICHE TERRITORIALI ED AMBIENTALI COORDINAMENTO REGIONALE PREVENZIONE SISMICA GRAZIE PER L ATTENZIONE Il sito del Coordinamento Regionale Prevenzione Sismica