ANALISI PROBABILISTICA DELLA SCUOTIBILITÀ DEL TERRITORIO ITALIANO 1. Roberto Romeo e Antonio Pugliese (Servizio Sismico Nazionale)

Transcript

1 ANALISI PROBABILISTICA DELLA SCUOTIBILITÀ DEL TERRITORIO ITALIANO 1 Roberto Romeo e Antonio Pugliese (Servizio Sismico Nazionale) RIASSUNTO. Sono illustrati i risultati delle analisi di scuotibilità del territorio Italiano con metodologie probabilistiche, effettuate allo scopo di predisporre carte di pericolosità per un ampio set di parametri di scuotimento. I parametri analizzati (picco di accelerazione e di velocità, ordinate spettrali in pseudoaccelerazione, intensità di Arias) consentono sia la predisposizione di spettri a pericolosità uniforme, sia di formulare una proposta di riclassificazione sismica del territorio Italiano in linea con i requisiti richiesti dall Eurocodice EC8. I nuovi elaborati di pericolosità prodotti analizzano infatti i suddetti parametri con la probabilità di non essere ecceduti al 10% in 50 anni, corrispondenti ad un periodo di ritorno di 475 anni, e i valori spettrali al 5% dello smorzamento critico. Sono state quindi prodotte anche carte di pericolosità a breve termine con metodologie miste stazionarie e non stazionarie nonché in termini di intensità macrosismiche, quale input per le analisi di rischio del territorio nazionale. SUMMARY. The results of the probabilistic hazard analyses of Italian territory performed for a wide set of ground motion parameters, are shown. The new hazard maps present the shakeability in terms of peak ground acceleration and velocity, spectral ordinates in acceleration and velocity, Arias intensity and macroseismic intensity. They allow the development of uniform hazard spectra and match the requirements of the seismic European code, EC8. The maps present the hazard computed for a reference site condition (rock, soil profile A of EC8) not being exceeded at 10% probability level in 50 years, corresponding to a return period of 475 years. Spectral ordinates are computed at 5 percent of critical damping value. The hazard have been carried out with both stationary and nonstationary approaches, in order to provide also the input for mitigating risk-analyses. 1 INGEGNERIA SISMICA, N. 2/97, MAG.-AGO. 1997,

2 1. INTRODUZIONE Molteplici applicazioni in campo sismico richiedono la definizione della scuotibilità di un area. Tra queste si annoverano gli studi di qualificazione sismica dei siti destinati ad ospitare impianti ad elevato rischio o di importanza strategica, gli studi di microzonazione sismica di un area urbana, gli scenari di terremoto per la pianificazione delle operazioni di protezione civile, l analisi del rischio a breve termine di aree ove allocare risorse per interventi di mitigazione del rischio (recupero ed adeguamento delle strutture strategiche o più a rischio), e così via. Ciascuna di tali applicazione presuppone un modo diverso di intendere la pericolosità, sia per il tipo di approccio seguito, ad esempio deterministico o probabilistico, sia per il modo in cui la scuotibilità deve essere espressa. Nel presente studio si è valutata la scuotibilità del territorio nazionale in vista della definizione dei criteri generali da adottare per una proposta di riclassificazione sismica in linea con le norme europee. È noto infatti che l Eurocodice EC8 (ENV , 1994) prevede che le autorità nazionali provvedano a suddividere il proprio territorio in zone sismiche sulla base della pericolosità locale. Essa è descritta in termini di un singolo parametro, l'accelerazione di progetto, definito in campo libero e riferito alle condizioni geologiche di un sito rigido. In letteratura sono disponibili metodologie diverse per definire tale accelerazione : talora essa viene posta uguale alla accelerazione di picco (PGA), come l EC8 lascia intendere seppure fornendo diversi warning, talaltra essa viene assunta come un valore derivato dalle ordinate spettrali nel ramo di accelerazione costante (Whitman e Algermissen, 1991; Algermissen et al., 1991; Borcherdt, 1994) introducendo così il concetto di EPA (effective peak acceleration). Nell EC8 inoltre, le azioni sismiche da adottare nella progettazione antisismica di fondazioni, opere di sostegno, pendii in terra, etc. (ENV , 1994) sono definite tramite gli stessi parametri del moto adottati per la progettazione delle strutture. Tuttavia parametri come l'intensità di Arias sono certamente più rappresentativi del picco di accelerazione ai fini di alcune verifiche in campo geotecnico, pertanto nel presente studio la pericolosità è stata espressa anche nel suddetto parametro. Infine, data la grande importanza connessa alla valutazione del rischio sismico ai fini della predisposizione di scenari e dell allocazione di risorse per l adeguamento antisismico di strutture esistenti, nel presente studio viene esaminata la pericolosità nel breve periodo, nonché la sua quantificazione in termini di effetti attesi, questi ultimi comunemente utilizzati per le stime di rischio su scala nazionale con i cosiddetti dati poveri (Bramerini et al. 1995). 2

3 2. METODOLOGIA La quantificazione della scuotibilità è stata affrontata utilizzando la metodologia di Cornell (1968), basata sui seguenti passi fondamentali: 1. Individuazione delle zone sorgenti. 2. Parametrizzazione delle leggi di occorrenza dei terremoti per ciascuna zona sorgente; 3. Parametrizzazione empirica della propagazione attraverso l uso di opportune leggi di attenuazione. 4. Calcolo probabilistico dell hazard. Per la maggior parte delle analisi effettuate le ipotesi di lavoro assunte sono state le seguenti: a) i tempi di intercorrenza dei terremoti seguono la distribuzione statistica di un processo di Poisson (gli eventi sono indipendenti tra loro e stazionari nel tempo); b) la distribuzione statistica della magnitudo è di tipo esponenziale, vale cioè la relazione di Gutenberg-Richter (1954): log N(M) = a - bm tra numero annuo dei terremoti e magnitudo; c) la sismicità all interno di ogni zona sismogenetica è uniforme, cioè i terremoti hanno la stessa probabilità di comparsa su tutta la zona e seguono la stessa legge di ricorrenza. Solo nella valutazione della pericolosità a breve termine, come si vedrà in seguito, l ipotesi a) di distribuzione poissoniana degli eventi è stata rimossa e sostituita con una distribuzione non-stazionaria. 2.1 Aree sorgenti e sismicità. Il modello sismogenetico utilizzato è costituito da una variante della zonazione sismogentica ZS4 prodotta in ambito CNR-GNDT (Scandone et al, 1990). Essa (ZS4.1, fig. 1) si differenzia per la separazione della zona irpino-lucana (z63) in due settori, uno posto a nord di Potenza e coincidente con l area irpina s.s. (z63n) e l altro coincidente con la Val d Agri (z63s). Essa inoltre implementa 15 faglie riconosciute come potenzialmente sismogenetiche sulla base degli studi di paleosismicità. Allo stato attuale tuttavia, data l imprecisione con cui tali strutture sono ancora definite in termini di tassi di attività, potenziali e tipo di comportamento, esse sono state escluse dalle analisi di scuotibilità presentate in questo rapporto. La loro influenza sui risultati delle analisi di scuotibilità, seppure in via ancora sperimentale, è stata tuttavia oggetto di trattazione degli Autori in un precedente rapporto (Romeo e Pugliese, 1997). 3

4 Il database sismologico utilizzato nelle analisi è costituito dal catalogo dei terremoti NT4.1 prodotto in ambito CNR-GNDT (GNDT, 1996). Tale catalogo, com è noto, è stato appositamente realizzato per fini di hazard. Sono state cioè eliminate tutte le sequenze di foreshock e aftershock al di sopra di una soglia di magnitudo 4.0. Il catalogo, che si ferma al 1980, è stato aggiornato fino al con gli eventi di magnitudo 4.7 ricadenti nelle aree sismogenetiche della zonazione ZS4.1 derivati dal catalogo strumentale dell ING. Il totale degli eventi utilizzato nelle analisi è mostrato in figura N 63S ZS ZONE 15 FAGLIE NT4.1, 1971 eventi in 81 zone Fig. 1 - Zonazione sismogenetica ZS4.1 Fig. 2 - Sismicità dal catalogo NT Tassi di sismicità. Al fine di parametrizzare la relazione di Gutenberg-Richter per ciascuna zona sorgente, è stata effettuata una analisi di completezza del database sismologico utilizzando una variante della metodologia proposta da Tinti e Mulargia (1985) e regionalizzando il catalogo NT4.1 in tre aree, nord, centro e sud, confinate rispettivamente al 44 e al parallelo. Fino all VIII grado non si osservano differenze sostanziali nei periodi di completezza per le diverse aree geografiche, che non giustificano pertanto una loro regionalizzazione. A partire dal IX ma soprattutto dal X grado, si osservano marcate divergenze tra le finestre di completezza delle diverse aree. La finestra unica nazionale è quella che assicura il più ampio 4

5 intervallo temporale, eccetto per il IX grado, di cui in figura 3 è riportata la relativa analisi di completezza anche a scopo esemplificativo della metodologia utilizzata, dove la finestra dell Italia settentrionale è arretrata di circa settant anni rispetto a quella nazionale. In particolare per i gradi più elevati (dal X in poi), la completezza restringerebbe la finestra temporale solo agli ultimi 0 anni di catalogo, eliminando così circa il 30% degli eventi con intensità 9.5. Ritenendo tuttavia cautelativamente che gli eventi sopra tale soglia rifuggano, per i processi di generazione sottintesi, da una analisi classica di completezza, essi sono stati considerati per intero, assegnando a questa classe una finestra di completezza a partire dall anno numero cumulato di scosse NT4.1 IX Italia ==> 1690 Nord ==> 1600 Centro => 1700 Sud ==> anno Fig. 3 - Analisi di completezza per il IX grado. La scelta finale delle finestre di completezza è stata tuttavia guidata dalla ricerca del miglior fit globale delle relazioni di occorrenza attraverso una procedura iterativa. Gli intervalli di completezza finali adottati sono riportati in tabella 1. Tabella 1 - Intervalli di completezza per finestre di intensità. intensità intervallo 1100 => 1610 => 1760 => 1780 => 1860 => 5

6 Le relazioni di occorrenza sono state a loro volta derivate da regressioni con il metodo dei minimi quadrati degli eventi ricadenti all interno delle finestre di completezza e appartenenti a ciascuna zona. In figura 4 è mostrata la distribuzione dei valori di b della Gutenberg-Richter per le zone in esame. Il valore medio (circa 0.9) è in linea con i valori riscontrabili su base mondiale (Chouhan, 1970). Considerato che le regioni sismiche italiane hanno estensione inferiore a quelle usualmente tracciate in altri Paesi, la distribuzione appare spostata verso valori più bassi di quelli ricavati ad esempio da Johnston e Nava (1985) per gli USA orientali. Questo indica una proporzione relativamente maggiore degli eventi ad alta energia nel nostro Paese, mitigata tuttavia dal fatto che le massime magnitudo strumentali rilevate non sono superiori a 7.5. Peraltro i valori più elevati si riferiscono ad eventi dell inizio del secolo (1905, 1908) spesso registrati da un ridotto numero di stazioni. distribuzione dei valori di b >1.8 valori di b della GR Fig. 4 - Distribuzione dei valori di b della relazione di Gutenberg-Richter per le 81 zone della zonazione sismogenetica ZS4.1. I valori estremi competono a zone appartenenti ai due distretti vulcanici campano (zona54-roccamonfina, valore minimo di 0.44) e tosco-laziale (zona 42-M.ti Sabatini, valore massimo 3.3) caratterizzate da pochi eventi in un ristretto range di magnitudo (le magnitudo massime sono rispettivamente di 5.0 e 4.7). La magnitudo massima per ciscuna zona è stata fissata uguale al massimo storico da catalogo, indipendentemente dal fatto che tale massimo ricadesse o meno nell intervallo di completezza. Tale scelta va al momento interpretata come l imposizione di una condizione di 6

7 minima, in attesa che dati più robusti sulla sismotettonica e la conoscenza degli stati di stress permettano di definire il potenziale massimo di ciascuna zona. 2.3 Leggi di attenuazione La scelta dei funzionali di attenuazione influenza in maniera decisa i valori attesi dello scuotimento. Molti sono i parametri che influenzano l attenuazione. Oltre alla magnitudo abbiamo la distanza, che determina l attenuazione geometrica e la dissipazione anelastica, le condizioni geologiche di sito, il meccanismo cinematico della rottura, il regime geodinamico, etc.. Per quanto riguarda le relazioni di attenuazione dedotte da registrazioni di terremoti Italiani, sono al momento disponibili i funzionali di Tento et al. (1992) e di Sabetta e Pugliese (1996). Questi ultimi hanno il vantaggio di presentare un più ampio ventaglio dei parametri di scuotimento e di differenziare gli stessi secondo la componente (verticale e orizzontale). Per contro il funzionale di Sabetta e Pugliese non consente di differenziare l attenuazione geometrica per le diverse frequenze spettrali, essendo definito a priori un decadimento costante pari a 1/R. I parametri di scuotimento analizzati con la suddetta funzione di attenuazione sono stati il picco di accelerazione e di velocità, le ordinate spettrali in pseudovelocità al 5% dello smorzamento critico e l intensità di Arias. Al fine poi di analizzare la scuotibilità per le analisi di rischio a scala nazionale attraverso l uso di matrici di probabilità di danno, si è reso necessario definire l attenuazione in termini di intensità. Studi recenti sui campi macrosismici di terremoti storici Italiani hanno permesso di definire relazioni di attenuazione differenziate per domini sismotettonici utilizzando il funzionale di Grandori et al. (1987). I domini individuati, di cui in figura 5 sono riportate le relazioni di attenuazione tratte da un lavoro di Peruzza (1996) tranne per il dominio G tratto da un lavoro di Cella et al. (1996), sono i seguenti: arco alpino (dominio A), fascia appenninica in estensione (dominio B), arco appenninico in compressione (dominio C), distretto vulcanico tosco-laziale (dominio D), appennino meridionale e arco calabro-peloritano (dominio E), area di avanpaese (dominio F), area etnea e distretto vulcanico campano (dominio G), Mar Ligure e settore provenzale (dominio L). Nella stessa figura sono riportate a confronto le curve di attenuazione con il funzionale di Blake (1941) per diverse profondità ipocentrali. Le profondità minori corrispondono ai terremoti vulcanici, mentre tra i domini di ambientazione tettonica si distingue l avanpaese, dotato di una maggiore propagazione rispetto ai restanti domini. 7

8 La soglia minima del danneggiamento (VI-VII grado) viene raggiunta, in corrispondenza dell intensità massima epicentrale che per diverse zone è del X-XI grado, a distanze di circa 100 Km per la maggior parte dei domini tettonici Dominio A Dominio B Dominio C Dominio D Dominio E Dominio F Dominio G Dominio L H05 H10 H15 Io - Is 4 H R (km) Fig. 5 - Relazioni di attenuazione dell intensità macrosismica. In grassetto l attenuazione di Blake per profondità H=5, 10, 15 e 20 Km a confronto con le relazioni di Grandori per domini sismotettonici. 2.4 Calcolo dell hazard La funzione di hazard H di un determinato parametro assunto rappresentativo dello scuotimento (gm) è data dalla seguente relazione: RM M (1) M R H( gm) = p[ GM > gm m, r] f ( r m) f ( m) drdm che rappresenta una applicazione del teorema generale delle probabilità. La relazione esprime, per una data sorgente sismica in grado di generare terremoti di magnitudo con distribuzione di probabilità f M (m), la frequenza annuale di eccedenza di gm estesa sopra 8

9 l intera distribuzione delle distanze f R M (r) tra ogni punto sorgente dell area ed il sito esaminato. Due grandi famiglie di modelli probabilistici differenziano il calcolo della pericolosità. I metodi cosiddetti stazionari e quelli non stazionari. I primi, descritti in premessa al presente capitolo ed utilizzati nelle analisi a fini di classificazione, invocano un processo poissoniano di generazione degli eventi. Il processo di Poisson è caratterizzato da una distribuzione esponenziale dei tempi medi di intercorrenza con coefficiente di variazione unitario e da una funzione costante di hazard in cui la probabilità annua di eccedenza di un determinato valore dello scuotimento è data da: PGM gm e h ( [ > ] = gm ) 1 (2) I metodi non stazionari invocano invece una dipendenza temporale e/o spaziale della generazione degli eventi da quelli che li hanno preceduti. Tra questi i più diffusi sono i modelli time o slip-predictables (Shimazaki e Nakata, 1980), semi-markoviani (Lutz e Kiremidjian, 1992) e renewal (Sykes e Nishenko, 1984; Nishenko e Buland, 1987). Essi utilizzano una memoria almeno dell ultimo evento precedente sopra una certa magnitudo di soglia per formulare previsioni dipendenti dall istante di osservazione del fenomeno. Tali metodi si adattano pertanto ad analisi di rischio che formulino gradutorie di intervento per la predisposizione dei piani di protezione civile, oppure per interventi di mitigazione del rischio attraverso il recupero e/o l adeguamento antisimico di edifici pubblici. Per questi scopi nel presente lavoro si è utilizzata una metodologia renewal (Savage, 1991) al fine di definire la probabilità di avere un terremoto distruttivo (M s 6.4) nei prossimi trent anni a partire dall In un processo renewal la probabiltà condizionata che in un intervallo di tempo t e + t si abbia un terremoto di magnitudo m M o ammesso che nel tempo t e trascorso dall ultima rottura non si sia verificato alcun evento al di sopra della magnitudo di soglia M o, è data da: [, ] Pm M t t + t = o e e [ e + ] [ e] 1 Pt [ ] Pt t Pt e (3) Indicate con µ T e σ T rispettivamente il valor medio e la deviazione standard dei tempi di intercorrenza, la funzione densità di probabilità è a sua volta: t Pt = pt ()[ µ, σ ] dt [] 0 T T (4) 9

10 Nelle analisi effettuate si è assunta per tutte le zone una PDF log-normale. Questa fornisce una funzione di hazard prossima a zero subito dopo l evento; essa poi presenta un culmine seguito da una funzione decrescente per tempi che dipendono dal coefficiente di variazione dei tempi di intercorrenza. 10

11 3. RISULTATI DELLE ANALISI DI PERICOLOSITÀ L EC8 fissa in 475 anni il periodo di ritorno con cui stimare la pericolosità locale. Tale periodo di ritorno corrisponde a stimare i parametri di scuotimento del suolo aventi il 10% di probabilità di eccedenza in 50 anni. Pertanto tutte le analisi di pericolosità appresso illustrate fanno riferimento a questa probabilità di eccedenza p[0.10, 50] ed alle seguenti scelte: non si è tenuto conto della sismicità residua esterna alle zone sismogentiche (area di background), dal momento che tale sismicità risulta, dato l elevato numero di zone, trascurabile sia come numero di eventi che come potenziale; i valori attesi dello scuotimento fanno riferimento ai tassi medi di sismicità ricavati dalle relazioni di occorrenza di ogni singola zona ed incorporano l incertezza nella stima del moto fornita dalle relazioni di attenuazione di Sabetta e Pugliese (1996); la magnitudo minima a partire dalla quale sono stati caricati i tassi di sismicità per ciascuna zona è stata posta uguale a 4.7, al fine di non accumulare contributi ai valori dello scuotimento derivanti da bassi valori di accelerazione, ad elevata frequenza di comparsa ma di scarso rilievo ingegneristico. Tale soglia di magnitudo corrisponde, nel tabellare di conversione I-M, ad un VI-VII grado della scala di intensità, coincidente cioè con la soglia di inizio del danno; la magnitudo massima è stata fissata per tutte le zone coincidente con la massima storica. Una analisi di sensibilità rispetto alle scelte operate è stata tuttavia condotta dagli Autori e sui cui risultati si rimanda al relativo rapporto tecnico (Romeo e Pugliese, 1997). 3.1 Analisi stazionarie In figura 6 sono riportati i valori attesi delle accelerazioni di picco (PGA). I valori massimi, superiori a 0.3 g, si raggiungono nell arco calabro lungo la catena costiera tirrenica (zone 66-Valle del Crati, 69-Serre, 71-Stretto), nonchè, per valori di poco inferiori a 0.3 g, nel Beneventano (zona 62), in Irpinia (zona 63N) e nella Val Nerina (zona 47). Un picco appena accennato si osserva anche per la zona 38 (Forlivese), mentre la quasi totalità dell arco appenninico e le Alpi nord-orientali giacciono al di sopra di 0.2 g. Mentre i valori massimi dell arco calabro trovano giustificazione nelle magnitudo massime che assumono in quest area i valori più elevati (>7.0), nelle altre zone i massimi contributi sono dovuti alla proporzione relativa tra alte e basse magnitudo (bassi valori di b come per le zone 38, 62 e 63N) e/o agli elevati tassi di rilascio sopra la M min (zona 47). In Sicilia occidentale si osservano valori modesti delle accelerazioni; ciò è giustificato dal fatto che il solo terremoto del Belice del 1968, con magnitudo 5.9, non è in grado statisticamente di 11

12 fornire un contributo alla pericolosità in un area sostanzialmente priva di forti terremoti in epoca storica. La figura 7 riporta i valori attesi delle velocità di picco (PGV, in cm/s). I valori massimi si osservano nell Italia meridionale dove cresce il contributo relativo alle basse frequenze in virtù dei più elevati tassi di rilascio alle alte magnitudo e dei potenziali massimi più elevati. Il rapporto PGV/PGA si attesta tra i 60 e gli 80 cm/s/g, assumendo, all 84 percentile, il valore di 75 cm/sec/g, inferiore a quello suggerito da Newmark e Hall (1978) di circa 90 cm/sec/g in roccia e derivato da terremoti con più elevato potenziale. Le figure 8 e 9 riportano la scuotibilità in pseudoaccelerazione a 5 Hz ed in pseudovelocità a 1 Hz, che rappresentano rispettivamente i valori massimi raggiunti dalle ordinate spettrali nei rami ad accelerazione e velocità costanti. In letteratura e in alcune norme internazionali sono utilizzati i valori dei parametri EPA e EPV (effective peak velocity) a cui ancorare delle forme spettrali convenzionali (ATC 3-06, 1978; ASCE 7-93, 1993). Tali parametri sono ottenuti dividendo per un fattore di scala pari a 2.5 le ordinate spettrali massime in accelerazione e velocità. Dalle analisi effettuate risultano fattori più elevati nel caso delle ordinate spettrali nel ramo ad accelerazione costante, dova la PSA/PGA assume valori medi di circa 3 con un minimo di 2.65; nel caso della PSV/PGV il fattore medio è di circa I suddetti fattori mostrano una tendenza opposta all aumentare dello scuotimento. Al crescere della PGA infatti, la PSA/PGA diminuisce progressivamente a partire dal valor medio di 3 mentre la PSV/PGV aumenta gradualmente a partire da valori di circa 2.2; entrambi tendono a convergere verso il valore di 2.5 per valori della PGA intorno a 0.5 g. Il fattore proposto in normativa risulta pertanto rappresentativo di spettri caratteristici di una sismicità elevata. In figura 10 sono riportati i valori attesi dell intensità di Arias (in cm/s). Essa rappresenta una misura indiretta del contenuto energetico ed assume particolare importanza in quelle verifiche sismiche dove un solo parametro, come ad esempio la PGA o la PSA, non è sufficiente a caratterizzare la risposta del sistema alla severità dell input. Applicazioni recenti allo studio delle verifiche della stabilità dei pendii o delle opere di sostegno, hanno infatti evidenziato che una migliore stima degli spostamenti si ottiene definendo la scuotibilita in termini energetici (Wilson e Keefer, 1985; Jibson, 1993). La distribuzione territoriale dell intensità di Arias mostra che i valori più elevati sono attesi lungo la catena appenninica, raggiungendo il massimo nell'arco calabro. In figura 11 sono riportati i valori attesi dell intensità macrosismica utilizzando le relazioni di attenuazione differenziate per domini sismotettonici. Il quadro di scuotibilità non si differenzia molto da quello ottenuto applicando una legge di attenuazione unica per tutto il territorio nazionale (Romeo e Pugliese, 1997). Utilizzando l'intensità macrosismica per studi di rischio sismico su scala nazionale (Bramerini et al., 1995) è stato messo in luce una elevata 12

13 sensibilità dei metodi di analisi con matrici di vulnerabilità di danno al variare anche lieve delle intensità attese, ottenendo risultati in termini di rischio anche molto diversificati (GdL Rischio Sismico, 1996). La scuotibilità espressa in termini di intensità non è direttamente correlabile a quella espressa in termini di accelerazione (vedi figura 6); ciò è dovuto alla relazione non univoca tra intensità epicentrale e magnitudo del terremoto. 3.2 Analisi non stazionarie L analisi della pericolosità condotta con metodologia non stazionaria è stata estesa alle 27 zone sorgenti con potenziale uguale o superiore a 6.4, corrispondente ad un IX-X grado della scala di intensità. La tabella 2 riportata la probabilità condizionata che nei prossimi trent anni (a partire dall 1 gennaio 1997) si abbia un terremoto distruttivo in una di queste zone. Le probabilità risultano molto basse (<10-4 ) in diverse zone, a causa del breve tempo trascorso dall ultima rottura in relazione ai tempi medi di intercorrenza. Tabella 2 - Parametri dell analisi renewal. zona µ T ultima rottura P[te,te+30] (%) < < < < < zona µ T ultima rottura P[te,te+30] (%) N < S < <10-2 Probabilità significative ( 0.10) si osservano in 8 zone. Nelle due zone a più elevata probabilità, la zona 47 (Val Nerina) e la zona 64 (Catena del Pollino), l analisi mette in luce un gap superiore all incertezza nella stima dei tempi di intercorrenza. Quest ultima zona è 13

14 particolarmente critica costituendo l unico esempio di record geologico contenuto nel database sismologico NT4.1. L evento datato con magnitudo stimata intorno a 6.6, è stato infatti dedotto da studi paleosismologici (Ferreli et al., 1994) in un area che le cronache storiche danno invece scarsamente sismica (magnitudo massima 5.2) attribuendo a quest ultime un significato di incompletezza (Valensise e Guidoboni, 1995). Tempi di attesa superiori ai tempi medi di intercorrenza si osservano inoltre nella zona 7 (Verona-Lago di Garda) e nella zona 79 (Sicilia Orientale). Di quest ultima zona è riportata in figura 12 sia la PDF dei tempi di intercorrenza che la relativa funzione di hazard h(t). Mentre l analisi di Poisson fornisce una funzione di hazard S(t) costante per ogni finestra temporale, l analisi renewal fornisce una funzione crescente che si stabilizza intorno ai 0 anni per poi decrescere a partire da un certo tempo t (nell esempio per t>480 anni) p( t) h( t) S( t) e t e t Fig Funzione di densità di probabilità p(t) e funzioni di hazard renewal h(t) e poissoniana S(t) per la zona sismogenetica 79 (Sicilia Orientale). Le analisi renewal sono state effettuate esaminando le probabilità di eccedenza, nei prossimi trent anni, della PGA a 0.2 g, trattando in maniera non-stazionaria gli eventi a partire dalla soglia M o 6.4 e in maniera stazionaria quelli sotto. L analisi (fig. 13) mette in evidenza come zona a maggiore pericolosità la Val Nerina, seguita dal Sannio, dall area del Pollino, dalle Serre Calabresi e dallo stretto di Messina. Prende evidenza, al pari di gran parte della catena appenninica, anche la Sicilia orientale, mentre si abbattono la pericolosità del Friuli e dell Irpinia, le due zone che hanno sperimentato in tempi più recenti eventi distruttivi. La carta delle differenze tra analisi renewal e analisi stazionaria è per certi versi direttamente correlabile alla probabilità di avere nei prossimi trent anni un terremoto distruttivo. Per ragioni di rappresentabilità in fig. 14 sono raffigurati solo i valori positivi. Emergono nell ordine l area della Val Nerina (77%), del Pollino (44%) e del Sannio (33%), seguite dalla Sicilia Orientale (27%) e dal Tavoliere (22%). Aree come l Aquilano o il Lago di Garda sono ai limiti di invariabilità dell analisi con le due metodologie. Aree come ad esempio l Irpinia, 14

15 oppure l arco calabro, risultano meno pericolose ad una analisi renewal che ad una analisi stazionaria per il breve tempo intercorso dagli ultimi eventi distruttivi. 4. CONCLUSIONI Il grado di conoscenza raggiunto nell ultimo decennio sulla sismicità del nostro Paese ed i valori di pericolosità conseguenti illustrati in questo lavoro, rendono maturi i tempi per affrontare il problema della riclassificazione sismica del territorio Italiano. Tale esigenza risponde sia alla necessità di adeguare tale strumento di prevenzione alla reale scuotibilità del territorio, sia alla necessità di applicare in maniera omogenea e pesata le norme contenute nell EC8. Quest ultime presuppongono una classificazione ancorata ad una accelerazione di progetto (DGA, design ground acceleration) assimilabile alla PGA o l EPA, ma che gli Autori propongono invece di derivare dall'esame degli spettri elastici a pericolosità uniforme calcolati per ciascun comune (Pugliese et al., 1997). Ciò non di meno i parametri PGA e EPA possono essere utili a definire i rapporti di amplificazione sulla cui base scalare le forme spettrali convenzionali definite dall EC8. Così i rapporti di amplificazione tra PSA e PGA scaturenti dalle presenti analisi di pericolosità suggeriscono di adottare fattori di amplificazione più elevati, nel ramo ad accelerazione costante, ed inferiori, in quello a velocità costante, del rapporto 2.5 fornito dall EC8 e dalla normativa internazionale. Le analisi di pericolosità a breve termine risentono ancora di una base dati non robusta ai fini della comprensione dei modelli di rilascio degli eventi energetici più forti. Questo da un lato è legato alla scarsa conoscenza delle reali strutture sismogenetiche e del relativo comportamento, dall altro alla messa a punto di modelli probabilistici time-dependent adatti al quadro sismotettonico italiano. Le analisi effettuate in questo lavoro hanno pertanto carattere indicativo della probabilità relativa, su base puramente statistica, che le diverse zone sismogenetiche hanno di rilasciare nel breve termine terremoti distruittivi. Tali analisi possono, allo stato attuale, trovare sbocco nell indirizzare la scelta delle aree dove concentrare nel prossimo futuro gli sforzi per la definizione di scenari di rischio e la messa a punto di piani generali di protezione civile, nonché nella allocazione delle risorse per interventi di recupero e adeguamento sismico di strutture pubbliche o strategiche. 15

16 BIBLIOGRAFIA Algermissen S.T., Leyendecker E.V., Bollinger G.A., Donovan N.C., Ebel J.E., Joyner W.B., Luft R.W. e Singh J.P. (1991). Probabilistic ground-motion hazard maps of response spectral ordinates for the United States, Proc. 4th Int. Conference on Seismic Zonation, Stanford (CA), vol. II, ASCE 7-93 (1993). Minimum design loads for buildings and other structures, Publication American Society of Civil Engineers, NY, ATC, Applied Technology Council (1978). Tentative provisions for the development of seismic regulations for buildings, Publication ATC 3-06, June Blake, A. (1941). On the estimation of focal depth from macroseismic data, Bull. Seism. Soc. Am. 31, Borcherdt, R.D. (1994). Estimates of site-dependent response spectra for design (methodology and justification), Earthquake Spectra 10, Bramerini F., Di Pasquale G., Orsini G., Pugliese A., Romeo R. e Sabetta F. (1995). Rischio sismico del territorio italiano. Proposta di una metodologia e risultati preliminari, Rapporto Tecnico SSN/RT/95/1, Roma, aprile 1995, 48 pp., ( Chouhan R.S. (1970). On the frequency-magnitude relation logn=a-bm, Pure and Appl. Geophys., 81, Cella F., Zonna G. e Meroni F. (1996). Parameters estimation of intensity decay relationships, Annali di Geofisica, Cornell, C.A. (1968). Engineering seismic risk analysis, Bull. Seism. Soc. Am. 58, ENV (1994). EUROCODE 8, Design Provisions for Earthquake Resistance of Structures. Seismic actions and general requirements of structures, CEN/TC 250, May ENV (1994). EUROCODE 8, Design Provisions for Earthquake Resistance of Structures. Foundations, retaining structures and geotechnical aspects, CEN/TC 250, March Ferreli L., Michetti A.M., Serva L., Vittori E. e Zambonelli E. (1994). Terremoti olocenici lungo la faglia del Pollino (Calabria settentrionale): nota preliminare, in Paleosimologia e Pericolosità Sismica: stato delle conoscenze ed ipotesi di sviluppo, CNR-GNDT, rendiconto n. 2, U.R. Paleosismologia, Roma, 24 pp. GdL Rischio Sismico (1996). Gruppo di Lavoro per la valutazione del Rischio Sismico, Commissione istituita dal Dipartimento della Protezione Civile, Decreto DPC N del , Roma 1996 ( 16

17 G.N.D.T. (1996). NT4.1 un catalogo parametrico di terremoti di area italiana al di sopra della soglia del danno, compilato da R. Camassi e M. Stucchi, CNR-GNDT, Milano, novembre 1996 ( Grandori G., Perotti F. e Tagliani A. (1987). On the attenuation of macroseismic intensity with epicentral distance, in Ground Motion and Engineering Seismology, A.S. Cakmak (ed.), Developments in Geotechnical Engineering 44, Elsevier, Amsterdam, Gutenberg B. e Richter C.F. (1954). Seismicity of the Earth and associated phenomena, Princeton University Press, N.J., 2nd ed., 310 pp. Jibson R.W. (1993). Predicting earthquake-induced landslide displacements using Newmark s sliding block analysis, Transportation Research Record 1411, Transp. Res. Board, National Research Council, Washington, D.C.. Johnston A.C. e S.J. Nava (1985). Recurrence rates and probability estimates for the New Madrid seismic zone, Journal of Geophys. Res., 90, B8, Lutz K.A. e Kiremidjian A.S. (1992). A generalized semi-markov process for spatially and temporally dependent earthquakes, Proc. 10th World Conference on Earthquake Engineering, Madrid, Nishenko S.P. e Buland R. (1987). A generic recurrence interval distribution for earthquake forecasting, Bull. Seism. Soc. Am. 77, Newmark N.M. e W.J. Hall (1978). Development of criteria for seismic review of selected nuclear power plants, NUREG/CR-0098, Urbana, IL, May Peruzza, L. (1996). Attenuating intensities, Annali di Geofisica, 5, Pugliese A., Romeo R. e T. Sanò (1997). La pericolosità sismica in Italia. Parte 2: ipotesi di riclassificazione sismica, Rapporto Tecnico SSN/RT/97/2, Roma, Gennaio 1997, 31 pp., ( Romeo R. e A. Pugliese (1997). La pericolosità sismica in Italia. Parte 1: analisi della scuotibilità, Rapporto Tecnico SSN/RT/97/1, Roma, Gennaio 1997, 64 pp., ( Sabetta F. e Pugliese A. (1996). Estimation of response spectra and simulation of nonstationary earthquake ground motion, Bull. Seism. Soc. Am. 86, Savage, J.C. (1991). Criticism of some forecasts of the national earthquake prediction evaluation council, Bull. Seism. Soc. Am. 81, Scandone P., Patacca E., Meletti C., Bellatalla M., Perilli N. e Santini U.(1990). Struttura geologica, evoluzione cinematica e schema sismotettonico della penisola italiana, Atti del Convegno GNDT, Pisa, vol. 1, Shimazaki K. e Nakata T. (1980). Time-predictable recurrence model for large earthquakes, Geophys. Res. Lett. 7,

18 Sykes L.R. e Nishenko S. (1984). Probabilities of occurrence of large plate rupturing earthquakes for the San Andreas, San Jacinto and Imperial faults, California, , J. Geophys. Res. 89, Tento A., Franceschina L. e A. Marcellini (1992). Expected ground motion evaluation for Italian sites, Proc. 10th World Conf. on Eqk. Engng., Madrid (Spain), A.A. Balkema, 1, Tinti S. e Mulargia F. (1985). Completeness analysis of a seismic catalog, Ann. Geophys. 3, Valensise G. e E. Guidoboni (1995). Verso nuove strategie di ricerca: zone sismogenetiche silenti o silenzio delle fonti?, in Catalogo dei forti terremoti in Italia 461 a.c.-1980, ING-SGA, Wilson R.C. e D.K. Keefer (1985). Predicting areal limits of earthquake-induced landsliding, in Evaluating Earthquake Hazards in the Los Angeles Region-An Earth Science Perspective, Professional Paper 1360, U.S.G.S., 1985, Whitman R.V. e Algermissen S.T. (1991). Seismic zonation in Eastern United States, Proc. 4th Int. Conference on Seismic Zonation, Stanford (CA), vol. I,

19 AO MI TN VE TS 46 AO MI TN VE TS TO GE BO TO GE BO 44 FI PS 44 FI PS 43 PG 43 PG AQ AQ RM NA CB PZ BA RM NA CB PZ BA CA CZ 16 CA CZ PGA (g) PA PGV (cm/s) PA PGA[p(0.10,50)] PGV[p(0.10,50)] Fig. 6 - Valori attesi della pga (in g) con 48 periodo di ritorno 475 anni. Fig. 7 - Valori attesi della pgv (in cm/s) con periodo di ritorno 475 anni AO MI TN VE TS 46 AO MI TN VE TS TO GE BO TO GE BO 44 FI PS 44 FI PS 43 PG 43 PG AQ AQ CA RM NA CB PZ CZ BA CA RM NA CB PZ CZ BA PSA (g) PA PSA_5Hz[p(0.10,50)] Fig. 8 - valori attesi della psa (in g), a 5 hz ed al 5% dello smorzamento critico, con periodo di ritorno 475 anni PSV (cm/sec) PA PSV_1Hz[p(0.10,50)] Fig. 9 - valori attesi della psv (in cm/s), a 1 hz ed al 5% dello smorzamento critico, con periodo di ritorno 475 anni. 19

20 AO MI TN VE TS 46 AO MI TN VE TS TO GE BO TO GE BO 44 FI PS 44 FI PS 43 PG 43 PG AQ AQ CA Arias (cm/s) RM PA CB NA PZ BA CZ Intensità CA RM PA CB NA PZ BA CZ ARIAS[p(0.10,50)] INT[p(0.10,50)] Fig Valori attesi dell intensità di arias 48 (cm/s) con periodo di ritorno 475 anni. Fig Valori attesi dell intensità con periodo 48 di ritorno 475 anni AO MI TN VE TS 46 AO MI TN VE TS TO GE BO TO GE BO 44 FI PS 44 FI PS 43 PG 43 PG AQ AQ CA probabilità di eccedenza RM PA NA CB PZ CZ BA CA differenza di probabilità di eccedenza RM PA NA CB PZ CZ BA P[a>0.20 g te, te+30] RENEWAL-STAZIONARIO Fig Probabilità di eccedenza della pga a 0.2 g nel periodo Fig Differenza di probabilità di eccedenza della pga a 0.2 g nei prossimi 30 anni. 20