SISMICITA E PERICOLOSITA SISMICA

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1 Corso di Aggiornamanto: STUDI DI MICROZONAZIONE SISMICA: TEORIA E APPLICAZIINI SISMICITA E PERICOLOSITA SISMICA Aosta Ottobre 2011 Vivaio Regionale di Olleyes

2 Sommario Pericolosità sismica Pericolosità sismica della Liguria.

3 Pericolosità sismica La Pericolosità sismica può essere definita come il livello di confidenza associato ad una proposizione del tipo: in un futuro intervallo di tempo Δt la località S verrà interessata da almeno un evento sismico caratterizzato da un livello di scuotimento al sito >= Is. Questo livello di confidenza è generalmente codificato in termini di valori di probabilità: più in generale, esisterà una curva di probabilità cui elementi rappresentano i valori di probabilità associati ai diversi gradi di scuotimento atteso nell intervallo di esposizione Δt. Il livello di confidenza dipende dalla qualità e affidabilità delle conoscenze a nostra disposizione per la valutazione dello scuotimento atteso. Quindi, la pericolosità deve risultare dalla combinazione delle informazioni effettivamente disponibili corredate da una caratterizzazione credibile del livello di incertezza ad esse associato.

4 Pericolosità sismica In generale, la stima della pericolosità sismica richiede: caratterizzazione delle sorgenti sismogeniche (sismicità storica) potenzialmente pericolose sia in termini di localizzazione spaziale che di dinamica temporale; definizione delle modalità di trasmissione dell energia dalla sorgente al sito di interesse (i.e legge di attenuazione); individuazione di possibili effetti locali capaci di modificare il livello di scuotimento atteso.

5 Pericolosità sismica Ingredienti: catalogo dei terremoti; caratterizzazione delle sorgenti sismiche ; leggi di attenuazione; metodi statistici per la valutazione dell hazard. Preparazione (metodologia di Cornell, 1968): 1- caratterizzazione delle sorgenti; deve essere quantificata la distribuzione della probabilità di rottura per ogni punto della sorgente sismica. Nella maggior parte dei casi si considera una distribuzione uniforme della probabilità per ogni zona sorgente; questo implica che i terremoti hanno la stessa possibilità di verificarsi indipendentemente dalla posizione della rottura. Queste distribuzioni vengono poi correlate con la geometria della sorgente per ottenere la corrispondente distribuzione della probabilità di rottura in funzione della distanza sorgente-sito; 2- quantificazione del grado di attività di ciascuna sorgente mediante parametri magnitudofrequenza. Per mezzo di una relazione statistica (es. legge di Gutenberg-Richter), che esprime la distribuzione dei terremoti di magnitudo superiore ad un valore m nel tempo (Log (N terremoti > m, dove m sta per magnitudo)), si definisce la sismicità della sorgente in esame;

6 3- stima dello scuotimento provocato al sito d interesse da un terremoto di qualsiasi magnitudo in funzione della distanza sorgente-sito mediante l impiego di leggi di attenuazione; Y Pericolosità sismica 4- calcolo della probabilità che lo scuotimento, definito da opportuni parametri (picco di accelerazione orizzontale (PGA), picco di velocità (PGV), di spostamento, ecc.), sia superato in un dato intervallo temporale (P[Y > y*]). L approccio probabilistico (PSHA: Probabilistic Seismic Hazard Analysis), permette quindi di stimare la probabilità che si verifichi un determinato scuotimento in funzione del tempo

7 Pericolosità sismica: zonazione Una zonazione sismogenetica consiste in unità sismotettoniche ognuna delle quali rappresenta il contour della proiezione in superficie di tutte le strutture considerate sorgenti di terremoti ad alta e bassa energia. Ogni zona sismogenetica viene assunta quale omogenea, cioè si suppone che i terremoti possano verificarsi in ogni suo punto con la stessa probabilità. Se da un lato questa assunzione rappresenta una netta semplificazione, dall altro consente di valutare in tempi ragionevoli la pericolosità sismica di qualsiasi area. La tracciatura di una zonazione sismogenetica consegue da osservazioni a carattere geologicostrutturale, geodinamico, cinematico e sismologico Zonazione sismogenetica ZS4 (Meletti et al., 2000)

8 Pericolosità sismica: leggi di ricorrenza La distribuzione temporale dei terremoti in funzione della loro magnitudo (distribuzione magnitudofrequenza) è descritta da relazioni statistiche (recurrence laws). Tra questa la più nota è quella di Gutenberg-Richter Legge di Gutenberg Richter: Log λm = a bm λm = 10(a-bm) = e(α-βm) λm : numero di terremoti di magnitudo superiore ad m verificatisi in un dato intervallo di tempo in una data area (tasso di eccedenza) a : 10a quantifica il numero di terremoti di magnitudo 0 b log λ I valori a e b vengono ottenuti mediante regressioni su data base sismico della zona di interesse. b: indica la frequenza di terremoti grandi o piccoli (al crescere di b diminuisce il numero di forti terremoti rispetto ai piccoli) Normalmente b è compreso tra 2/3 e 1 e non mostra molta variabilità regionale. Il valore di b si differenzia in modo significativo nelle sequenze sismiche in cui può arrivare a 2.5; questo indica che non ci sono terremoti di grande energia per quell episodio. Ciò si verifica spesso in aree vulcaniche dove, per la presenza di piccole faglie, l accumulo della deformazione è scaricato da piccoli terremoti. Periodo di ritorno (TR): TR = 1/λm

9 Pericolosità sismica: leggi di attenuazione Una legge predittiva rappresenta sostanzialmente una legge che permette di prevedere un parametro di scuotimento in funzione della magnitudo, della distanza e, in alcuni casi, anche di altre variabili, per esempio Y=f (M,R,P) Dove Y è il parametro di scuotimento sismico di interesse, M la magnitudo, R la distanza sorgente-sito considerata e P indica parametri variabili (sorgente, cammino dell onda, condizioni al sito). Le leggi predittive si sviluppano attraverso delle regressioni del data-base sismico che si ha a disposizione e possono essere aggiornate non appena un nuovo evento sismico diventa disponibile. Esiste una forma comune per le relazioni predittive che si basa sulle seguenti osservazioni: I picchi dei parametri di scuotimento strong motion hanno una distribuzione logaritmica ( ossia il logaritmo del paramtero si distribuisce linearmente). Quindi si avrà lny La magnitudo viene espressa come il logaritmo di un parametro di scuotimento sismico. Quindi lny è proporzionale a M Durante il percorso sorgente-sito sono lo stress dell onda decade. In particolare l ampiezza delle onde di volume decresce secondo 1/R mentre per le onde superficiali l ampiezza decresce di circa 1/ R L area di rottura delle faglia aumenta all aumentare della magnitudo. Quindi R aumenta con l aumento della magnitudo.

10 Pericolosità sismica: leggi di attenuazione 1. Parte dell energia dell onda sismica viene assorbita dal materiale che attraversa durante la propagazione. Questo assorbimento fa si che l ampiezza del movimento sismico decresca esponenzialmente con R. 2. I parametri di scuotimento sismico possono essere influenzati dalle caratteristiche della sorgente (tipo di rottura) o dalle caratteristiche del sito (roccia/sedimenti) Combinando tutte queste osservazioni si la tipica forma di una legge predittiva lny = C1 + C2 M+C3 MC4 + C5 ln[r +C6 exp(c7 M)] + C8 R + f(sorgente)+f(sito) 1 σ ln Y 2 =C Descrive l incertezza del valore del parametro di scuotimento sismico ricavato dalla legge predittiva. Statisticamente rappresenta la deviazione standard del lny alla magnitudo e distanza di interesse.

11 Pericolosità sismica: calcolo Probabilistic Seismic Hazard Analysis (PSHA): it is a process that integrates (aggregation) over aleatory uncertainties (e.g., future earthquake locations, future earthquake magnitudes) to calculate the likelihood of occurrence (or, alternatively, the probability of exceedance) of an earthquake characteristic, Y, at a site during a given period of time (Cornell, 1968). λ y* = NS υ f i= 1 i Magnitude PDF M (m) f R (r ) P[Y > y* m, r ]dmdr Distance PDF Attenuation Eq. Y may indicate a ground motion parameter but also fault displacement and slope displacement

12 Pericolosità sismica: incertezza In PSHA epistemic uncertainties are incorporated into calculations through the use of logic trees. Family of Hazard Curves From McGuire (2004)

13 Pericolosità sismica: mappe Le mappe di pericolosità sismica sono state elaborate in termini di mediana della distribuzione dei valori di pericolosità anziché in termini di valori medi.

14 Pericolosità sismica in Italia Spettri iso-probabili: per una fissata probabilità di eccedenza, esprimono i valori accelerativi in funzione del periodo spettrale a cui si riferiscono Curve di Pericolosità: esprimono il tasso medio annuo di eccedenza di fissati valori di scuotimento

15 Cataloghi sismici INGV CPTI ( ) UniGe ( )

16 Terremoto di Bussana (1887)

17 Sismicità storica Data (Anno/Mese/Giorn o) 1818/02/ /01/ /12/ /02/23 Lat, Long (UniGe) Lat, Long (INGV- CPTI04) I0 Ms Msp N, 8.13 E N, 8.06 E N, 7.73 E N, 8.13 E N, E N, E N, E N, E VII - VIII VI - VII VII - VIII IX

18 Sismicità Storica Strumentale

19 Incertezza Analisi delle incertezze attraverso albero logico : Due zonazioni sismogenetiche ; Quattro metodi per stimare i parametri di ricorrenza di ogni zona sismogenetica; Tre metodi per stimare la Mag max per ogni zona sismogenetica; Due leggi empiriche di attenuazione del moto sismico (PGA);

20 Zonazioni Sismogenetiche UniGe INGV

21 Leggi di attenuazione della accelerazione di picco (PGA) Ambraseys (1999) Sabetta e Pugliese (1996)

22 Leggi di ricorrenza sismica per le zone sismogenetiche

23 Esempio di curve di pericolosità λy* = numero di eccedenze annue in funzione del valore dello scuotimento sismico (in questo caso l accelerazione orizzontale di picco); N.B: (1/λy* ) = Tempo di ritorno medio; PGA = => Tret = 100 anni PGA = => Tret = 1000 anni Fascio di curve = Incertezza della stima delle curve di hazard associata alla struttura dell albero logico.

24 Mappe di pericolosità sismica in PGA MRP: 475 anni (probabilità di eccedenze del 10% in 50 anni)

25 Mappe di pericolosità sismica in PGA MRP: 975 anni (probabilità di eccedenze del 5% in 50 anni)

26 UniGe _MPS04 (MRP=475, Imperia) Presente Studio MPS04 50mo 84mo percentile percentile 50mo 84mo percentile percentile Comuni Longitudine Latitudine Media Δ Δ* AIROLE APRICALE AQUILA DI ARROSCIA ARMO AURIGO BADALUCCO BAIARDO BORDIGHERA BORGHETTO D ARROSCIA BORGOMARO CAMPOROSSO CARAVONICA CARPASIO CASTEL VITTORIO CASTELLARO CERIANA CERVO CESIO CHIUSANICO CHIUSAVECCHIA CIPRESSA CIVEZZA COSIO DI ARROSCIA COSTARAINERA DIANO ARENTINO DIANO CASTELLO DIANO MARINA DIANO SAN PIETRO DOLCEACQUA Δ

27 UniGe _MPS04 (MRP=475, La Spezia) Comuni AMEGLIA ARCOLA BEVERINO BOLANO BONASSOLA BORGHETTO DI VARA BRUGNATO CALICE AL CORNOVIGLIO CARRO CARRODANO CASTELNUOVO MAGRA DEIVA MARINA FOLLO FRAMURA LA SPEZIA LERICI LEVANTO MAISSANA MONTEROSSO AL MARE ORTONOVO PIGNONE PORTOVENERE RICCO DEL GOLFO DI SPEZIA RIOMAGGIORE ROCCHETTA DI VARA SANTO STEFANO DI MAGRA SARZANA SESTA GODANO VARESE LIGURE VERNAZZA VEZZANO LIGURE ZIGNAGO Longitudine Latitudine Media Presente Studio MPS04 50mo 84mo percentile percentile mo 84mo Δ percentile percentile Δ Δ*

28 Confronto tra mappe di PGA UniGe e MPS4 Si osservano modeste differenze tra UniGe e MPS4; Le maggiori differenze riguardano il ponente Ligure, soprattutto in corrispondenza della costa imperiese (differenze mai superiori a 0.03g per MRP=475); In base all Ordinanza PCM 3519 la maggior parte dei Comuni liguri sarebbero classificati in Zona 3. Fanno eccezione alcuni Comuni delle Province di Imperia, La Spezia e Savona che rientrerebbero in zona 2.

29 Leggi di attenuazione della accelerazione spettrale SA Spettri di risposta per D = 10 km Spettri di risposta per D = 40 km

30 Mappe di pericolosità sismica in SA MRP: 475 anni (probabilità di eccedenze del 10% in 50 anni)

31 Mappe di pericolosità sismica in SA MRP: 975 anni (probabilità di eccedenze del 5% in 50 anni)

32 Confronto tra spettri isoporobabili UniGe e MPS4 Sono stati calcolati gli spettri isoprobabili per ogni punto del territorio ligure e confrontati con quelli di MPS4 Confronto tra gli spettri di risposta a pericolosità uniforme (valori mediani di accelerazione spettrale) calcolati nel presente studio (UniGe.) per un sito in prossimità di Savona ed i corrispondenti stimati nell ambito della valutazione della pericolosità sismica italiana (MPS04).

33 Intensità Spettrale ASI L intensità spettrale ASI è definità come: ASI (ξ ) = 0.5 S (η a 0.1 = 0.05, T )dt

34 Confronto tra le stime di ASI UniGe e MPS4 Provincia ASI Dip.Te.Ris ASI MPS ASI 0Dip.Te.Ris ASI 0Dip.Te.Ris ASI 0MPS ASI MPS ASI 0Dip.Te.Ris ASI 0MPS Genova Imperia Savona La Spezia Confronto tra i valori di intensità spettrale calcolati a partire dagli spettri di risposta a pericolosità uniforme (MRP = 475 anni) ottenuti nel presente studio (UniGe) e nell ambito del calcolo della pericolosità sismica nazionale (MPS04).

35 Confronto tra spettri di risposta isoprobabili Gli spettri isoprobabili ottenuti da UniGe risultano costantemente più conservativi rispetto a quelli di MPS4; Le maggiori differenze di SA si riscontrano per periodi spettrali maggiori di T=0.2 s e sono principalmente dovute all utilizzo di una zonazione sismogenetica alternativa.

36 GRAZIE