La Microzonazione sismica di Livello 1 dei Comuni della Provincia di Foggia: metodologie di studio e primi risultati

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1 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 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, 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 MICROZONAZIONE SISMICA DI LIVELLO1 NELLA PROVINCIA DI FOGGIA 1.1 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

2 Protezione Civile Nazionale nella persona del Dott. Giuseppe Naso. 1.2 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: : (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); 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. Figura 1. Distribuzione delle aree investigate nel territorio della Provincia di Foggia. 2 DATI DI BASE 2.1 Codifica e informatizzazione Per effettuare gli studi di microzonazione sismica (di seguito MS) è indispensabile la raccolta e l archiviazione organizzata di tutti i

3 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 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 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. 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 (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

4 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. 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 METODOLOGIA ELABORAZIONE DATI LE CARTE MOPS 3.1 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 3.2 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

5 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 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 Figura 6. Esempio di una scheda di sintesi per la parametrizzazione delle MOPS 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

6 geodatabase della microzonazione sismica come tabella relazionale; 6. elaborazione di modelli complessi per ulteriori studi di tipo geostatistico in ambiente GIS (figura 7). BIBLIOGRAFIA Gruppo di Lavoro MS, 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, Microzonazione sismica per la ricostruzione dell area aquilana, Regione Abruzzo Dipartimento della Protezione Civile.L Aquila, 3 vol. e Cd-rom. 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.