ArcGIS Geoprocessing Model per l Analisi di Microzonazione Sismica di Livello 1

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1 ArcGIS Geoprocessing Model per l Analisi di Microzonazione Sismica di Livello 1 Giuseppe Cosentino. Consiglio Nazionale delle Ricerche - IGAG, g.cosentino@igag.cnr.it Francesco Pennica. Consiglio Nazionale delle Ricerche - IGAG, f.pennica@igag.cnr.it Parole chiave: Rischio Sismico, Microzonazione Sismica, Pianificazione Territoriale, Geomorfologia, GIS, Analisi Spaziale ABSTRACT La microzonazione sismica consiste nella valutazione della pericolosità sismica a scala locale e propone di individuare porzioni di territorio caratterizzate da comportamenti sismici omogenei. Il livello 1 di microzonazione sismica ha l obbiettivo di definire le caratteristiche litologiche e geometriche delle unità geologiche che caratterizzano tali porzioni di territorio. In questo lavoro viene mostrato un tool per l analisi di microzonazione sismica di livello 1 al fine di migliorare le conoscenze delle caratteristiche litologiche e geometriche delle unità geologiche che caratterizzano le microzone. Il tool, creato tramite il ModelBuilder di ESRI ArcGIS, permette, attraverso l analisi spaziale, l estrazione automatizzata di superfici caratterizzate da pendenze maggiori o uguali a 15 gradi a partire da punti quotati al suolo e curve di livello su una copertura che può essere data da qualsiasi dato di tipo areale. Il presente tool è stato applicato per la realizzazione della mappa di microzonazione di livello 1 a scala 1: dell area urbana del Comune di Pietramontecorvino in Provincia di Foggia, Puglia, Italia Meridionale, situato lungo il fronte della Catena Appenninica Centro Meridionale. 1. Introduzione La microzonazione sismica valuta la pericolosità sismica locale, attraverso l individuazione di zone di territorio caratterizzate da comportamento sismico omogeneo. Gli Indirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica (di seguito ICMS 2008) forniscono gli standard per gli studi di microzonazione sismica sul territorio italiano, in essi si distinguono tre livelli di approfondimento crescente (da 1 a 3) Il livello 1 di microzonazione sismica prevede la creazione di 3 mappe tematiche 1. La Carta delle Indagini (CI) contiene tutte le indagini esistenti e quelle di nuova realizzazione utilizzate per gli studi di microzonazione sismica. 2. La Carta Geo-litologica (CG) deriva da una revisione a scala di dettaglio delle cartografie geologiche e geomorfologiche esistenti con l integrazione dei dati litologici, stratigrafici e lito-tecnici riportati dalla Carta delle Indagini. 3. La Carta delle Microzone Omogenee in Prospettiva Sismica (MOPS) rappresenta il principato elaborato del livello 1 e divide le microzone individuate in tre categorie di pericolosità locale: Zone stabili; Zone stabili suscettibili di amplificazioni locali; Zone suscettibili d instabilità. Alla luce di tale progetto nasce l idea di creare una procedura automatizzata di analisi spaziale a partire da punti quotati e curve di livello delle Carte Tecniche Regionali in formato vettoriale. La procedura messa a punto estrae le aree caratterizzate da una pendenza 15 (tale valore è stato codificato in ICMS 2008) da una copertura vettoriale che può essere costituita da una Features Class o Shapefile poligonale come la geologia, le microzone, le zone in frana, ecc. Il presente tool è stato applicato per la realizzazione della mappa di Microzonazione Sismica di Livello 1 a scala 1: dell area urbana del Comune di Pietramontecorvino in Provincia di Foggia, Puglia, Italia Meridionale, situato lungo il fronte della catena Appenninica centro meridionale. In Figura 1 viene riportata l ubicazione geografica dell area di interesse. Lo studio di Microzonazione Sismica di Livello 1 del Comune di Pietramontecorvino fa parte dei 61 Comuni della Provincia di Foggia nella Regione Puglia (Italia) oggetto della convenzione tra l Autorità di Bacino della Puglia (A.d.B. Puglia), l Istituto di Geologia Ambientale e Geo-ingegneria (I.G.A.G.) del Consiglio Nazionale delle Ricerche (C.N.R.) ed il Dipartimento di Geologia e Geofisica (D.G.G) dell Università degli Studi di Bari. L attività è stata promossa dal Dipartimento di Protezione Civile Italiana (D.P.C.) e rientra nell ambito di un progetto più ampio finanziato con fondi del Comitato Interministeriale per la Programmazione Economica (CIPE n. 20/2004).

2 Figura 1 - Ubicazione geografica dell'area di studio 2. Metodo Nello studio di microzonazione sismica di livello 1 si possono distinguere varie tipologie di analisi (Tabella 1): Analisi dei dati geologici che prevede lo studio del materiale esistente come carte geologiche, idrogeologiche e morfologiche), delle indagini storiche e di quelle effettuate ad hoc, originando la Carta delle indagini, la Carta delle frequenze fondamentale e la Carta geo litologica con le relative sezioni. Analisi Geomorfologica con particolare riguardo alle aree con pendenze di 15. Analisi dei fattori di amplificazione dove sono state esaminate le caratteristiche geotecniche e geofisiche dei terreni determinando le geometrie delle microzone. In questo ambito di studio e ricerca prende forma l esigenza di realizzare uno strumento che semplifica e velocizza le processi di analisi spaziale in ambiente ESRI ArcGIS. Per ottenere questo risultato è stato usato il ModelBuilder di Esri ArcMap che ha permesso la costruzione di un modello semplice di geoprocessing. In Figura 2 viene mostrato il diagramma di flusso con del tool creato. Il modello prende in input (Figura 3 a sinistra): Uno Shapefile o un File GeoDatabase Feature Class di curve di livello contenente un campo di valori di elevazione; Uno Shapefile o un File GeoDatabase Feature Class di punti contenente un campo di valori di elevazione al suolo; La risoluzione raster desiderata in metri per il Modello Digitale del Terreno (DEM) (di default 10 m); Uno Shapefile o File GeoDatabase Feature Class poligonale da cui saranno estratte le aree con pendenza 15. Quando si lancia il modello vengono eseguite le seguenti operazioni: Il tool Topo to Raster converte le curve di livello ed i punti quotati vettoriali nel modello Digitale del Terreno (DEM) in formato File GeoDatabase Raster Dataset; Il tool Slope genera la analisi spaziale della pendenza espressa in gradi nel formato File GeoDatabase Raster Dataset

3 Il tool Raster Calcolator è impiegato per generare un file File GeoDatabase Raster Dataset ad 1 bit identificando le sole aree con pendenza 15, usando l espressione: Con ( %Slope Digital Elevation Model% 15,1 ) (1) Il valore della pendenza può essere cambiato modificandolo nell espressione (1) Il tool Raster to polygon viene adottato per convertite il raster ad 1 bit in un layer vettoriale poligonale. Il tool Intersect viene utilizzato per sovrapporre le aree con pendenza 15 con il layer poligonale scelto per il geoprocessing (in input). Il risultato finale è la creazione di un layer vettoriale in formato Shapefile o Features Class che ha le geometrie delle aree con pendenza 15 e gli attributi estratti dalla copertura usata nel geoprocessing. Nel caso specifico, dello studio di Microzonazione Sismica di livello 1 di Pietramontecorvino la copertura utilizzata corrisponde alla microzone omogenee in prospettiva sismica (Zone suscettibili di Instabilità e Zone stabili suscettibili di amplificazioni locali). In Figura 4 viene mostrata una schermata di ArcMap con il risultato finale utilizzato per la Zone suscettibili di instabilità. Tabella 1 Schema delle metodologie adottate per eseguire la Microzonazione Sismica di Livello 1 METODOLOGIA DATI PROCESSING PRODOTTI Analisi dei dati geologici, idrogeologici, delle indagini pregresse e di nuova realizzazione. Indagini geofisiche, geotecniche. Carte geologiche, idrogeologiche, geomorfologiche e di dissesto Data base GIS delle indagini Correlazione dei dati Carta delle indagini (CI) e Carta delle frequenze fondamentali (CF) Carta Geo-litologica con Sezioni significative (CGL) Analisi geomorfologiche Punti quotati al suolo Curve di livello Analisi Spaziale Modello digitale del terreno (DEM), Pendenza e profili longitudinali Litologia (caratteristiche geotecniche e geofisiche e stratigrafiche) Analisi dei fattori di amplificazioni Spessori delle coperture sedimentarie Pendenza 15 Identificazione delle geometrie di microzone potenzialmente caratterizzate da specifici effetti sismici Carta delle Microzone Omogenne in Prospettiva Sismica (MOPS) Aree di instabilità (frane, faglie attive, cedimenti differenziali, falda freatica 15 m dal p.c.)

4 Figura 2 Diagramma del geoprocessing model creato con ModelBuilder di ESRI ArcMap. Figura 3 Finestra del Model Input a sinistra e la finestra dei Risultati di Interpolazione eseguiti a destra.

5 Figura 4 - Schermata del risultato finale del geoprocessing sulle Zone suscettibili di instabilità di Pietramontecorvino (FG) 3. Conclusioni Lo strumento del ModelBuilder di Esri ArcGIS consente di costruire modelli di geo-processing in modo logico ed intuivo. Lo strumento sfrutta le funzionalità di modellazione ad oggetti orientati concatenando graficamente algoritmi diversi, definendo parametri di ingresso e di uscita e lasciando al software il compito di gestire i passaggi dei processi intermedi. Il Modello di geoprocessing realizzato ha permesso di semplificare e velocizzare le attività di analisi spaziale necessarie per gli studi di microzonazione sismica del Comune di Pietramontecorvino. L analisi automatizzata e l estrazione di features poligonali mediante questo tool di analisi spaziale e di riclassificazione delle aree con pendenza 15 permette di individuare all interno delle medesime microzone un ulteriore discriminante relativa alla suscettibilità sismica. Questo approfondimento di studio inserisce nuove ed utili informazioni per i successivi livelli di approfondimento della microzonazione sismica e per la riduzione del rischio sismico nella pianificazione territoriale. 4. Riferimenti Cavinato, G.P.; Cavuoto, G.; Coltella, M.; Cosentino, G.; Paolucci, E.; Peronace, E. & Simionato, M. 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 Consiglio Nazionale delle Ricerche - Istituto di Geologia Ambientale e Geoingegneria, 2013, 526 Gian Paolo Cavinato, Giuseppe Cavuoto, Giancarlo Ciotoli, Monia Coltella, Giuseppe Cosentino, Enrico Paolucci, Edoardo Peronace, Isabella Trulli. La Microzonazione sismica di Livello 1 dei Comuni della Provincia di Foggia: metodologie di studio e primi risultati. ANIDIS 2011 Contributi per l'aggiornamento degli "Indirizzi e criteri per la microzonazione sismica " 2008 Ingegneria sismica, Pàtron Editore Bologna, 2011 Classificazione Sismica al 2014 Presidenza del Consiglio dei Ministri - Dipartimento della Protezione Civile - Ufficio rischio sismico e vulcanico,

6 Cosentino G., Coltella M., Cavuoto G., Ciotoli G., Cavinato G.P., Salaam G. I., Castorani A., Di Santo A.R., Trulli I., Caggiano T. NEW MAP FEATURES IN PROJECT ON THE FIRST LEVEL SEISMIC MICROZONATION OF 61 MUNICIPALITIES IN THE FOGGIA PROVINCE (APULIA REGION, ITALY)- 7th Euregeo Giuseppe Baldassarre, Salvatore Gallicchio, Paolo Giannandrea, Antonella Marsico, Massimo Moretti, Marcello Tropeano, Antonello Fiore, Katia Straziuso, Antonio Castorani, Antonio Rosario Di Santo, Isabella Trulli. La Cartografia Geolitologica nella Microzonazione Sismica di Primo Livello della Provincia di Foggia (Italia Meridionale) ANIDIS 2011 Gruppo di lavoro MS, Indirizzi e criteri per la microzonazione sismica. Conferenza delle Regioni e delle Province autonome - Dipartimento della protezione civile, Roma, 3 vol. e Dvd. Presidenza del Consiglio dei Ministri, Dipartimento di Protezione Civile, 2008, Locati, M.; Azzaro, R.; Ercolani, E.; Mirto, C.; Berdardini, F.; Gasperini, P.; Meletti, C.; Tertulliani, A.; Castelli, V. & Albini, P. (Eds.) DBMI11, la versione 2011 del Database Macrosismico Italiano Milano, Bologna, DOI: /INGV.IT-DBMI11. Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, 2011, 23 Rovida, A.; Cavassi, R.; Gasperini, P. & Stucchi, M. (Eds.) CPTI11, la versione 2011 del Catalogo Parametrico dei Terremoti Italiani. Milano, Bologna, DOI: /INGV.IT-CPTI11 Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, 2011