La carta geologico tecnica per gli studi di microzonazione sismica

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1 32 Convegno Gruppo Nazionale Geofisica della Terra Solida Trieste novembre 2013 La carta geologico tecnica per gli studi di microzonazione sismica S.Castenetto 1, G. Naso 1, M. Coltella 2, P. Imprescia 2, M. Moscatelli 2, A. Pagliaroli 2, E. Peronace 2, V. Scionti 2 1 DPC - Ufficio Rischio sismico e vulcanico, 2 CNR - IGAG

2 Indirizzi e Criteri per la microzonazione sismica (ICMS) Gli Indirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica (ICMS, Gruppo di lavoro MS, 2008) non prevedevano l elaborazione di una carta geologico tecnica tra i prodotti del livello 1 di MS. La carta geologico (o geologico tecnica), generalmente disponibile, era inserita tra le cartografie di base utili per la definizione delle zone omogenee.

3 Aggiornamento degli ICMS Tale assenza ha rappresentato una criticità nell applicazione degli ICMS, emersa in occasione della microzonazione sismica per la ricostruzione dell area aquilana colpita dal terremoto del 6 aprile 2009 (Gruppo di lavoro MS-AQ, 2010). L esperienza maturata in quel contesto dal Gruppo di Lavoro MS-AQ ha condotto alla predisposizione di un contributo per l aggiornamento degli ICMS (Martini et al. 2011) nel quale, per la prima volta, si parla di Carta geologico tecnica per gli studi di MS (CGT_MS).

4 Standard per gli studi di MS Più recentemente, gli Standard di rappresentazione e archiviazione informatica degli studi di MS (Commissione tecnica MS3907, 2012) predisposti per l attuazione dell art. 11 della legge 77/2009 (Fondo nazionale per la riduzione del rischio sismico) e adottati da tutte le Regioni, hanno inserito la CGT_MS tra gli elaborati da produrre per gli studi di MS di livello 1.. Tuttavia, nella stesura di questa carta, allegata agli studi sino ad oggi validati dalla Commissione tecnica di supporto e monitoraggio (OPCM 3907/10), risultano evidenti alcuni problemi e incongruenze.

5 Le problematiche emerse Quali sono i motivi ai quali possono essere schematicamente ricondotti i problemi più frequentemente riscontrati?

6 Le problematiche emerse - scarsa chiarezza sulle differenze tra carta geologica s.s. e carta geologico tecnica; - scarsa comprensione del percorso metodologico in cui si colloca la carta geologico tecnica negli studi di microzonazione sismica; - insufficiente approfondimento da parte della comunità scientifica su alcune tematiche specifiche che concorrono alla definizione della pericolosità sismica locale; - oggettiva difficoltà di classificazione e rappresentazione di alcuni elementi geologici ; - scarsa conoscenza da parte dei professionisti della geologia del Quaternario.

7 Le linee guida Raccogliendo, quindi, le esperienze maturate e le indicazioni delle Regioni, delle Università e degli Enti di ricerca, si stanno predisponendo le Linee guida per l elaborazione della carta e delle sezioni geologico tecniche per la microzonazione sismica. Con quali obiettivi?

8 Le linee guida:obiettivi - chiarire la differenza esistente tra carta geologica s.s. e carta geologico tecnica - evidenziare gli elementi utili alla definizione della pericolosità sismica locale - indicare le informazioni che si utilizzano nel percorso metodologico degli studi di microzonazione sismica e nei successivi livelli di approfondimento - approfondire alcune problematiche che spesso si presentano nella realizzazione di uno studio di MS : - identificazione del substrato - inversioni di velocità - morfologie superficiali e sepolte - coltri antropiche - instabilità

9 Carta geologica e carta geologico tecnica La carta geologica e la carta geologico tecnica sono spesso equiparate e considerate lo stesso elaborato. In realtà la differenza è sostanziale.

10 Carta geologica e carta geologico tecnica nella carta geologica s.s., le unità geologiche sono mappate in funzione delle caratteristiche cronostratigrafiche e genetico-deposizionali nella carta geologico tecnica le unità mappate (unità geologico tecniche) sono distinte in relazione a caratteristiche litotecniche omogenee Le informazioni evidenziate nella carta geologico tecnica sono dunque relative ai caratteri litostratigrafici, geomorfologici, strutturali, geotecnici, geofisici, idrologici e idrogeologici. Le informazioni, proprie della carta geologica s.s., sono conservate e contribuiscono comunque alla stesura della carta geologico tecnica.

11 La carta geologico tecnica

12 La carta geologico tecnica per la microzonazione sismica (CGT_MS) Nella carta geologico tecnica per la microzonazione sismica (CGT_MS) non si dovranno rappresentare tutte le informazioni disponibili, ma dovranno comparire solo quegli elementi che influenzano o sono influenzati dallo scuotimento sismico. I dati riportati nella CGT_MS, infatti, devono risultare utili per la definizione del modello di sottosuolo funzionale, in una prima fase, alla realizzazione della Carta delle Microzone Omogenee in Prospettiva Sismica (livello 1, Carta delle MOPS) e, in seguito, alla realizzazione delle analisi numeriche richieste per la redazione delle carte di microzonazione sismica di livello superiore. Per tale motivo, inoltre, la CGT_MS deve essere corredata da alcune (almeno due) sezioni geologico tecniche significative e rappresentative delle complessità del sottosuolo.

13 CGT_MS e sezioni geologico tecniche: gli elementi utili per il modello di sottosuolo Quali sono gli elementi che si devono poter desumere dalle sezioni geologico tecniche e quindi dalla CGT_MS, utili per ricostruire il modello di sottosuolo?

14 CGT_MS e sezioni geologico tecniche: gli elementi utili per il modello di sottosuolo - andamento del substrato geologico che consente di definire lo spessore delle coperture e le eventuali articolazioni della superficie di contatto coperturasubstrato; - discontinuità e morfologie sepolte, che mettono in contatto unità litologiche caratterizzate da forti contrasti di impedenza sismica, che possono indurre fenomeni di amplificazione complessi (2D e 3D); - morfologie di superficie, quali scarpate, creste, picchi isolati, che possono condizionare la risposta sismica locale; -spessori e caratteristiche tecniche dei litotipi, ai fini della valutazione dei parametri di amplificazione del moto sismico ottenuti attraverso modellazioni numeriche; - elementi tettonici e strutturali rilevanti ai fini della microzonazione sismica, quali le faglie attive e capaci - andamento della superficie piezometrica, importante per definire la suscettibilità alla liquefazione; - estensione delle zone interessate da instabilità (quali frane, faglie attive e capaci, zone soggette a liquefazione, crolli di cavità, cedimenti).

15 La CGT_MS negli studi di MS di livello 1 Negli studi di MS di livello 1, le informazioni contenute nella CGT_MS e nelle sezioni significative, consentono di suddividere qualitativamente il territorio in zone a comportamento sismico omogeneo (Microzone Omogenee in Prospettiva Sismica, MOPS).

16 La CGT_MS strumento di discrimine tra il livello 2 e il livello 3 di MS La CGT_MS e le sezioni geologico tecniche consentono di valutare la complessità geologica dell area di studio, indirizzando verso approfondimenti di livello 2 o di livello 3, evidenziando ad esempio: - forme di superficie (es. scarpate, creste, picchi isolati) e sepolte (es. bordi di valli, scarpate sepolte, contatti tettonici) che possono dar luogo a complessi fenomeni 2D/3D di modifica del segnale sismico; - presenza di litotipi più grossolani (sabbie e ghiaie) e/o rocce tenere al tetto di terreni più deformabili (argille, limi), indizio di possibili inversioni di velocità; - zone suscettibili di deformazioni permanenti per fenomeni di liquefazione, faglie attive e capaci, dissesti franosi, cedimenti.

17 La CGT_MS negli studi di MS di livello 2 Nel livello 2 di MS, la CGT_MS e le sezioni geologico tecniche unitamente ai dati raccolti con le indagini geotecniche e geofisiche, forniscono gli elementi conoscitivi richiesti per l utilizzo degli abachi: - litotipo prevalente dei terreni di copertura (ghiaia, sabbia, argilla); - spessore stimato della copertura, deducibile dalle sezioni geologico tecniche. Indicazioni indirette sullo spessore del deposito possono inoltre essere fornite dalle misure di rumore ambientale, elaborate mediante la tecnica HVSR (Albarello e Castellaro, 2011); - Vs media della copertura, ottenuta da indagini geofisiche con tecniche attive e passive; in assenza di dati geofisici, una stima approssimativa della Vs può essere ottenuta a partire dalla frequenza fondamentale di vibrazione del deposito f 0 misurata attraverso microtremori, noto lo spessore totale H del deposito (desumibile dalle sezioni geologico tecniche); - tipo di profilo di Vs, idealizzato mediante un andamento costante con la profondità o crescente secondo due gradienti (gradiente massimo, gradiente intermedio).

18 La CGT_MS negli studi di MS di livello 3 Nella MS di livello 3 la CGT_MS, unitamente alle sezioni geologico tecniche, rappresenta uno strumento fondamentale per la definizione del modello integrato di sottosuolo, indispensabile per effettuare la modellazione numerica per la attribuzione dei fattori di amplificazione. Inoltre, gli elementi morfologici e strutturali riportati nella CGT_MS (forme di superficie e sepolte), anche caratterizzati quantitativamente, contribuiscono alla scelta della geometria del codice di calcolo da utilizzare per la modellazione, mono (1D) o bidimensionale (2D). Infine, le informazioni contenute nella CGT_MS costituiscono il livello conoscitivo di base fondamentale per lo studio e la parametrizzazione quantitativa delle zone suscettibili di deformazioni permanenti in condizioni sismiche, come quelle interessate da faglie attive e capaci, da fenomeni di liquefazione, da movimenti franosi.

19 La CGT_MS e le deformazioni permanenti: liquefazione Per quanto riguarda la liquefazione, la CGT_MS rappresenta un livello di conoscenza di base necessario per individuare la presenza o meno degli elementi predisponenti la liquefazione: - elementi paleogeografici (paleoalvei, paludi e corsi fluviali sepolti) ed eventuali strutture antropiche di interesse (argini fluviali, aree di bonifica); - terreni granulari, saturi, nei primi 20 m di sottosuolo, con particelle di diametro compreso nei fusi granulometrici specificati nelle indicazioni AGI (2005); - falda ad una profondità media stagionale inferiore ai 15 m dal piano campagna; sedimenti fini non liquefacibili - segnalazioni livello della falda a fine di luglio liquefazioni avvenute in occasione eventi sismici passati. sabbie sempre sature entro 15 m da pc

20 La CGT_MS e le deformazioni permanenti: faglie attive e capaci Per le analisi delle faglie attive e capaci, la CGT_MS consente di ricavare le informazioni geologico - geomorfologiche e tettoniche indicative dell attività recente di una faglia, necessarie per predisporre un piano di indagini da eseguirsi nel livello 3 di MS: - anomalie nelle forme del paesaggio - diversione di corsi d acqua o di altri elementi lineari - scarpate di faglia - dislocazioni di terreni tardo pleistocenico - olocenici

21 La CGT_MS e le deformazioni permanenti: fenomeni franosi La CGT_MS rappresenta, infine, come per le altre instabilità, un livello propedeutico e necessario a individuare la presenza di frane inattive, forme associate a movimenti gravitativi profondi, o di elementi predisponenti fenomeni franosi: - terreni sciolti o fratturati su pendii acclivi, - falda ad una profondità media stagionale modesta, - eventuali segnalazioni di frane indotte da eventi sismici passati. Nel livello 3 di MS tutte queste informazioni sono utili a predisporre un piano di indagini finalizzato a ricostruire il modello cinematico della frana.

22 Conclusioni Le Linee guida per l elaborazione della carta e delle sezioni geologico tecniche per la microzonazione sismica : Supportano i realizzatori degli studi di MS nella selezione delle informazioni utili per la caratterizzazione della pericolosità sismica locale Rappresentano uno strumento integrativo degli Standard di rappresentazione e archiviazione informatica degli studi di MS, chiarendo i criteri di selezione degli elementi rappresentati Consentono, insieme alle linee guida per la gestione del territorio interessato da faglie attive e capaci, da fenomeni di liquefazione o da fenomeni franosi, di affrontare le diverse problematiche di instabilità che possono presentarsi sul territorio Forniscono una lettura delle informazioni di carattere geologico nell ottica della definizione del comportamento in condizioni sismiche delle aree investigate