Extensive ambient vibration survey supporting a Level 2 seismic microzoning of an urban area: the case of Rimini

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1 Extensive ambient vibration survey supporting a Level 2 seismic microzoning of an urban area: the case of Rimini D. Albarello, E. Lunedei, D. Pileggi, UniSI - DST; C. Copioli, Comune di Rimini; M. Filippini, Provincia di Rimini ; L. Martelli, P., RER - SGSS

2 Rimini è una città di oltre residenti e una densità > 1000 ab./kmq, che aumenta considerevolmente nei mesi estivi. E un territorio soggetto ad una sismicità rilevante sia in termini di frequenza che di energia. Dai cataloghi storici risulta infatti che negli ultimi secoli Rimini è stata interessata da vari terremoti I MCS = VIII (M stimata tra 5,5 e 6). Il comune di Rimini è stato classificato sismico di II categoria già nel 1927, declassificato nel 1938 per favorirne lo sviluppo, e riclassificato solo nel 1983; attualmente è classificato in zona 2 (OPCM 3274/2003). In Emilia-Romagna, per l approvazione del PSC, i comuni devono effettuare studi di MS di livello 2 (v. indirizzi regionali, DAL 112/2007) e le scelte urbanistiche devono essere compatibili con la pericolosità sismica locale. MS Livello 2: stima dell amplificazione attraverso abachi e formule + indicazione dove è necessario effettuare approfondimenti di livello 3 (aree instabili, aree potenzialmente suscettibili di liquefazione,.) Dati richiesti: - stratigrafia: definizione del substrato (rigido o non rigido), spessore delle coperture (compresa zona di alterazione del substrato) o profondità da p.c. del substrato (H); - V SH in caso H< m, V S30 nel caso H > 50 m.

3 Carta geologica e dati stratigrafici disponibili (da CarG RER e da carta del dissesto AdB, Prov. RN, RER) Prove geofisiche disponibili nel territorio comunale di Rimini e utilizzate per la MS: 2 CH (1 fino a circa 50 m e 1 fino a 98 m) 15 DH (profondità comprese tra 30 e 50 m) 17 SCPT (profondità comprese tra 15 e 30 m) 6 Re.Mi. 1 MASW 366 misure di sismica passiva a stazione singola (elaborazioni HVSR) 20 misure di sismica passiva con array (ESAC)

4 Mappa del conoide del F. Marecchia

5 Sezione SW-NE lungo il fiume Marecchia Sezione NW-SE lungo la costa

6 Effetti locali attesi (sintesi da carte geologiche e di livello 1) Il territorio è caratterizzato da un settore collinare costituito da depositi marini poco consolidati (Argille Azzurre pliopleistoceniche e Sabbie di Imola del Pleistocene medio) e da una piana alluvionale e costiera con spessori di sedimenti continentali e litorali di spessore variabile da poche decine ad alcune centinaia di metri. Gli effetti locali attesi consistono prevalentemente in: - amplificazione stratigrafica (pressoché in tutto il territorio), - liquefazione, lungo la fascia costiera, per la presenza di sabbie sature nei primi 10 m di profondità, - locali fenomeni di instabilità di pendii e presenza di cavità sotterranee (casi molto limitati nelle aree di interesse urbanistico). Nelle aree di interesse urbanistico non sono presenti morfologie tali da determinare effetti topografici.

7 Allo scopo di identificare possibili fenomeni di risonanza e acquisire informazioni sulla profondità delle principali unità geologiche responsabili del fenomeno, è stata effettuata una campagna di misure di sismica passiva, con prove diffuse in tutte le aree di interesse urbanistico Prove di sismica passiva a stazione singola (tecnica HVSR) Tutte le misure HVSR sono state condotte con la stessa strumentazione (Tromino) con 20 minuti di registrazione a 128 cs ed utilizzando modalità di post-processing fissate. Prima della interpretazione la qualità delle misura è stata valutata con i protocolli SESAME integrati da controlli addizionali già utilizzati per la MS della conca aquilana. Le misure di bassa qualità (Tipo C) sono state ripetute o scartate Sono state identificate due situazioni tipo principali Zona centro-nord: presenza di due massimi poco accentuati (ma significativi) in bassa (<1Hz) e media (2-3Hz) frequenza Zona centro-sud: presenza di un solo massimo in bassa frequenza (<1Hz)

8 Fenomeni di risonanza in media frequenza (2-3 Hz) osservati in corrispondenza della conoide del Marecchia o dell affioramento del substrato (Sabbie di Imola) I fenomeni di risonanza in bassa frequenza (<1 Hz) sono invece distribuiti su tutto il territorio

9 Prove di sismica passiva su antenna sismica (tecnica ESAC) Obiettivo di queste prove è stata la stima della curva di dispersione delle onde di Rayleigh finalizzata alla determinazione del profilo di Vs mediante tecniche di inversione congiunta (HAVR/ESAC) mediante Algoritmi Genetici Sono state eseguite misure su antenna in 20 siti impiegando la stessa strumentazione (16 sensori verticali da 4.5 Hz e digitalizzatore 24 bit equiv,) con 20 minuti di registrazione a 128 cs. La procedura ESAC è stata utilizzata per la determinazione della curva di dispersione effettiva Le curve sono state invertite con una procedura ad algoritmi genetici considerando congiuntamente le curve HVSR disponibili localmente. Sono state identificati due profili Vs tipo principali Zona centro-nord: con una interfaccia principale a bassa profondità (15-20 m) Zona centro-sud: con una interfaccia principale profonda (> 50 m)

10 Nota la stratigrafia, utilizzando i dati di Vs (da DH, CH, SCPT, misure di vibrazioni ambientali su antenna sismica), è possibile identificare i corpi geologici responsabili dei fenomeni di risonanza sismica individuati. Visto che la Vs media delle coperture è m/s nei primi m e almeno m/s a profondità maggiori, utilizzando la relazione che lega i valori di F 0 alla profondità del substrato sismico risonante è possibile associare ai valori di F 0 =2 3 Hz una profondità della superficie di contrasto di impedenza di poche decine di metri. Per quanto riguarda invece i valori F 0 <1 Hz la profondità del substrato risulta dell ordine del centinaio di metri o superiore.

11 I dati stratigrafici indicano che nel sottosuolo della piana settentrionale sono quasi sempre presenti spessori importanti (> 10 m) di ghiaie, generalmente a profondità comprese tra 15 e 30 m, mentre nella piana meridionale le ghiaie sono assenti o hanno spessori di pochi metri. I risultati delle misure di rumore sismico suggeriscono che occorre tenere nella dovuta considerazione la presenza di superfici di contrasto di impedenza poco profonde (< 30 m). Questo implica che nella piana a nord del Marecchia, sebbene si tratti di un area di pianura e di costa, le tabelle per la stima dell amplificazione elaborate per la pianura e la costa (Allegato A2 degli indirizzi regionali) possono non essere le più idonee in quanto prevedono una profondità del substrato dei depositi alluvionali almeno di varie decine di metri.

12 Il Comune di Rimini per il nuovo PSC (adottato il 29/3/2011), relativamente alla pericolosità sismica locale, sulla base anche dell analisi di livello 1 e delle relative norme del PTCP (approvato nel 2007), oltre alla cartografia e alla relazione geologica, per il territorio urbano e urbanizzabile, ha prodotto documenti di Quadro Conoscitivo: Tav. B.6 - Carta dell'ubicazione delle indagini geognostiche, geofisiche e delle prove di laboratorio Tav. B.9 - Carta delle aree suscettibili degli effetti locali Tav. B.10 - Carta di sintesi delle pericolosità sismiche (con indicazione dei livelli di approfondimento) Tav. B.11 - Carta dello spessore delle coperture Tav. B.12 - Sezioni idrostratigrafiche Tav. B.13 - Carta dell'ubicazione delle indagini geofisiche Tav. B.14 - Carta degli ambiti sismici omogenei e delle misure di sismica passiva con picchi di risonanza F 0 > 1 Hz Tav. B.15 - Carta degli ambiti sismici omogenei e delle misure di sismica passiva con picchi di risonanza per F 0 < 1 Hz Tav. B.16 - Carta delle velocità delle onde di taglio - Vs Relazione di microzonazione sismica e documenti di piano: Tav. PSC Carta dei livelli di approfondimento per gli studi di microzonazione sismica Tav. PSC Carta di microzonazione sismica: fattori di amplificazione di PGA Tav. PSC Carta di microzonazione sismica: fattori di amplificazione dell'intensità spettrale per 0,1 s < T 0 < 0,5 s Tav. PSC Carta di microzonazione sismica: fattori di amplificazione dell'intensità spettrale per 0,5 s < T 0 < 1,0 s Norme (Art Aree soggette a particolare amplificazione del rischio sismico)

13 Carta di piano che indica i livelli di approfondimento per futuri studi di MS e RSL

14 Legenda delle carte di MS Es. per FA 0,1-0,5s

15

16 Considerazioni conclusive 1 Aspetti metodologici L utilizzo estensivo di misure di sismica passiva, possibile fino dalle prime fasi (livello 1) per il basso costo e la rapidità di esecuzione, ha permesso di individuare le principali discontinuità stratigrafiche che influenzano la risposta sismica locale e quindi definire le unità geologiche che presentano un comportamento assimilabile a quello di un substrato rigido. I risultati confermano che il substrato risonante può essere costituito anche da un corpo con Vs molto minore di 800 m/s ( m/s), purché capace di dare origine ad un marcato contrasto di impedenza con i sedimenti soprastanti.

17 Considerazioni conclusive Aspetti locali Lo studio di MS (livello 2) per il PSC di Rimini ha evidenziato che ampi settori, sia in collina che in pianura, sono suscettibili di amplificazione. Situazioni che richiedono approfondimenti di terzo livello sono presenti solo lungo la fascia costiera, dove esistono le condizioni per la liquefazione. Per T 0 <0,5s valori elevati di amplificazione, > 2, sono localizzati nella piana e lungo la costa nord, dove si è sviluppato il conoide del f. Marecchia e la successione è caratterizzata da depositi fini di spessore generalmente < 25 m su ghiaie e sabbie di spessore variabile tra 5 e 15 m. Valori elevati dei FA per T 0 < 0,5 s sono stati stimati anche lungo la costa sud, dove sono presenti sabbie poco addensate nei primi 10 m da p.c.. Nelle aree di piana dove le ghiaie di conoide sono assenti, o di spessore ridotto,la successione stratigrafica è costituita da limi e sabbie per decine di metri; in questi settori, i valori di FA per T 0 < 0,5 sono generalmente minori, dell ordine di 1,5-1,8. Per 0,5s< T 0 <1s si osserva una distribuzione dei valori di amplificazione più eterogenea e articolata, che comunque evidenzia valori più elevati, FA in genere > 2, nelle aree di piana e lungo la costa e che si riducono verso monte al diminuire dello spessore delle coperture continentali. Bassi valori di amplificazione per tutti i parametri sono stati stimati nelle aree collinari, dove gli spessori delle coperture sono ridotti (< 5 m) o assenti e dove minori sono i contrasti di impedenza tra coperture e substrato. Le indagini non hanno evidenziato inversioni di Vs significative e le caratteristiche dei terreni sembrano migliorare in maniera più o meno graduale con la profondità. Inoltre, nel sottosuolo dei siti indagati non sono state evidenziate forme sepolte che determinino rapide variazioni laterali o irregolarità geometriche del tetto del substrato. Da ciò risulta che almeno nelle aree esaminate, ad eccezione della fascia costiera dove sono presenti terreni potenzialmente liquefacibili (classe S 2 delle NTC 2008), non sembrano esserci controindicazioni all applicazione delle procedure semplificate per il calcolo dell azione sismica previste dalle NTC 2008.

18 Grazie dell attenzione

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