Microzonazione sismica e forti stratificazioni antropiche

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1 Microzonazione sismica e forti stratificazioni antropiche Seismic microzonation and thick anthropic cover M. Moscatelli (CNR IGAG) in collaborazione con A. Pagliaroli (CNR IGAG) e G. Raspa (SAPIENZA Univ. Roma)

2 Contenuti della presentazione Definizione di strato antropico Proposizione del problema ICMS 2008, standard e strato antropico Strato antropico e MS di livello 1 o Modello di sottosuolo o Deformazioni permanenti o Microzone omogenee in prospettiva sismica (MOPS) Strato antropico e MS di livello 3 o Modello di sottosuolo o Fattori di amplificazione Considerazioni conclusive e problemi aperti

3 Cosa intendiamo per strato antropico? Palatino, modificato da Croci 2008

4 Cosa intendiamo per strato antropico? Piccadilly Circus (Londra) da Fun 1901

5 Presentazione del probema Le aree con forte stratificazione antropica interessano, in particolare, i centri storici delle città. In prospettiva, lo sviluppo delle megacities renderà queste aree molto diffuse anche nelle città del futuro. La presenza di uno strato antropico di spessore elevato condiziona la risposta sismica locale e costituisce un elemento di criticità, poiché: o impedisce l osservazione diretta del substrato geologico; o può impedire la restituzione di una cartografia geologico-tecnica adeguata; o l eterogeneità interna condiziona l amplificazione del moto sismico; o condiziona la risposta del territorio in termini di deformazini permanenti. Un idonea caratterizzazione della coltre antropica, quindi, è fondamentale ai fini della preservazione del patrimonio culturale e, più in generale, della mitigazione del rischio sismico in aree caratterizzate da una forte pressione antropica.

6 ICMS 2008, standard e strato antropico modificato da Colombi et al. 2011

7 Strato antropico e MS di livello 1 Aspetti critici 1. Mappatura degli spessori e della morfologia sepolta. 2. Restituzione della cartografia geologico-tecnica. 3. Codifica dei terreni di copertura di origine antropica in termini di litotipi prevalenti. 4. Mappatura delle aree suscettibili a deformazioni permanenti. 5. Mappatura delle MOPS, microzone omogenee in prospettiva sismica.

8 Strato antropico e MS di livello 1 Modello di sottosuolo: mappatura della coltre antropica (1) Mappatura degli spessori della coltre antropica utilizzando la cartografia tematica disponibile in letteratura, ad integrazione dei dati di perforazione (esempio per la città di Roma). da Funiciello 1995 da Ventriglia 1971

9 Strato antropico e MS di livello 1 Modello di sottosuolo: mappatura della coltre antropica (1) Mappatura degli spessori della coltre antropica utilizzando la cartografia tematica disponibile in letteratura, ad integrazione dei dati di perforazione (esempio per la città di Roma). da Ventriglia 1971

10 Strato antropico e MS di livello 1 Modello di sottosuolo: mappatura della coltre antropica (2) Mappatura degli spessori della coltre antropica utilizzando la cartografia tematica disponibile in letteratura, ad integrazione dei dati di perforazione (esempio per la città di Roma). Nei casi più complessi, oppure ove ci fosse bisogno di ridurre le incertezze associate al modello di sottosuolo, la mappatura della coltre antropica, sia in termini di spessore che di elementi morfologici sepolti, deve essere realizzata a partire dallo studio della cartografia storica, ad integrazione dei dati di perforazione (esempio per la città di Roma). Progetto UrbiSIT, Deliverable D2.1, giugno 2012

11 Strato antropico e MS di livello 1 Modello di sottosuolo: mappatura della coltre antropica (2) Mappatura degli spessori della coltre antropica utilizzando la cartografia tematica disponibile in letteratura, ad integrazione dei dati di perforazione (esempio per la città di Roma). Nei casi più complessi, oppure ove ci fosse bisogno di ridurre le incertezze associate al modello di sottosuolo, la mappatura della coltre antropica, sia in termini di spessore che di elementi morfologici sepolti, deve essere realizzata a partire dallo studio della cartografia storica, ad integrazione dei dati di perforazione (esempio per la città di Roma). Progetto UrbiSIT, Deliverable D2.1, giugno 2012

12 Strato antropico e MS di livello 1 Modello di sottosuolo: codifica dei litotipi Il primo problema con cui ci si scontra nella caratterizzazione della coltre antropica, ai fini della MS di livello 1, è la codifica in sondaggio dei litotipi prevalenti. Negli Standard 2.0 i terreni antropici di copertura non sono differenziati. Questo può costituire un elemento di forte criticità quando lo strato antropico (in termini di «pieni» e di «vuoti») rappresenta un corpo geologico di importanza primaria nella successione. È possibile mappare le coltri di copertura antropica in termini di litotipi prevalenti? h h Murature in mattoni e in calcestruzzo s h Murature alterate h: antropico; s: sedimentario; v: vulcanico h h Riempimenti di cavità v s

13 Strato antropico e MS di livello 1 Mappatura delle MOPS (1) Microzonazione sismica di livello 1 del Palatino (2010) Zona 2 Zona 1 Zona 1 Zona 2 Zona 3 Zona 4 Zona 3 Zona 1 modificato da Moscatelli et al. 2011

14 Strato antropico e MS di livello 1 Mappatura delle MOPS (2) 2MS Microzonazione sismica di livello 1 del Palatino (2013): log di sintesi delle MOPS modificato da Moscatelli et al e da Mancini et al (in revisione)

15 Strato antropico e MS di livello 1 Mappatura delle MOPS (2) 2MS Microzonazione sismica di livello 1 del Palatino (2013): log di sintesi delle MOPS modificato da Moscatelli et al e da Mancini et al (in revisione)

16 Strato antropico e MS di livello 1 Mappatura delle MOPS (3) Microzonazione sismica di livello 1 del Palatino (2013) modificato da Mancini et al (in revisione)

17 Strato antropico e MS di livello 3 Aspetti critici 1. Mappatura degli spessori e della morfologia sepolta. 2. Restituzione della cartografia geologico-tecnica. 3. Codifica dei terreni di copertura di origine antropica in termini di litotipi prevalenti. 4. Caratterizzazione meccanica dei terreni di copertura di origine antropica. 5. Modellazione dell amplificazione del moto sismico.

18 Strato antropico e MS di livello 3 Modello di sottosuolo: mappatura della morfologia sepolta (1) No Man s Land (Palatino) Integrazione di ERT, GPR, sondaggi a carotaggio continuo e stratigrafie di scavo archeologico per mappare la superficie di base della copertura antropica. 0 m 1A muratura interro 5 m 5 m 10 m

19 Strato antropico e MS di livello 3 Modello di sottosuolo: mappatura della morfologia sepolta (2) Schola Praeconum (Palatino) Integrazione di ERT, GPR, sondaggi a carotaggio continuo e stratigrafie di scavo archeologico per mappare le scarpate sepolte. 10 m 2MS muratura alterata 15 m 15 m 20 m

20 Strato antropico e MS di livello 3 Modello di sottosuolo: mappatura della morfologia sepolta (3) Mappe della superficie di base (a) e dello spessore (b) della coltre antropica presso il Palatino modificato da Moscatelli et al. 2013

21 Strato antropico e MS di livello 3 Modello di sottosuolo: restituzione della cartografia geologico-tecnica Superficie di base della coltre antropica (a) e carta geologico-tecnica del substrato geologico (b) modificato da Moscatelli et al. 2012, 2013

22 Strato antropico e MS di livello 3 Modello di sottosuolo: caratterizzazione meccanica Gradiente di V S nella coltre antropica (Palatino e aree limitrofe)

23 Strato antropico e MS di livello 3 Modellazione dell amplificazione del moto sismico (1) 2 Fattori di amplificazione del moto sismico in termini di Intensità di Housner del Palatino.

24 Strato antropico e MS di livello 3 Modellazione dell amplificazione del moto sismico (2) Mappa del fattore di amplificazione del moto sismico in termini di Intensità di Housner tra 0.1 e 0.5s. Carta di microzonazione sismica di livello 3 del Palatino.

25 Strato antropico e MS di livello 3 Modellazione dell amplificazione del moto sismico (3) Modello deterministico del fattore di amplificazione FH del Palatino Modello stocastico di V S (20 simulazioni) Modello deterministico geologico e geotecnico

26 Strato antropico e MS di livello 3 Modellazione dell amplificazione del moto sismico (4) Amplification

27 Considerazioni conclusive e problemi aperti (1) In aree urbane caratterizzate da una forte stratificazione antropica la valutazione quantitativa degli effetti locali si realizza direttamente a livello 3 di microzonazione sismica. Microzonazione sismica di livello 1 o o o o o o o Problema della restituzione della cartografia geologico-tecnica sulla topografia attuale. Problema della mappatura degli elementi morfologici sepolti. Come integro le informazioni geologiche, geotecniche, geofisiche, storiche, archeologiche e strutturali per mappare le zone con deformazioni permanenti? È utile mappare il riporto in termini di spessori? Che altro mappare: età? Come mappo lo spessore della copertura antropica? Attraverso metodi speditivi qualitativi oppure usando metodi quantitativi? Come definisco i litotipi prevalenti nella coltre antropica? Integrazione degli standard? Come definisco lo spessore critico delle coperture antropiche utile ai fini della mappatura delle microzone omogenee in prospettiva sismica?

28 Spessore critico della coltre antropica - Roma centro Microzonazione sismica di livello 1 del Municipio Roma Centro Storico. Attuazione art. 11 della legge n. 77 del 24 giugno 2009.

29 Spessore critico della coltre antropica - Roma centro Mappa dello spessore della coltre antropica Microzonazione sismica di livello 1 del Municipio Roma Centro Storico. Attuazione art. 11 della legge n. 77 del 24 giugno 2009.

30 Spessore critico della coltre antropica - Roma centro Microzone omogenee in prospettiva sismica (MOPS) I dati relativi ai danni provengono da Ambrosini et al. (1986), Donati et al. (1999), Donati (2000), Bozzano et al. (2011). Microzonazione sismica di livello 1 del Municipio Roma Centro Storico. Attuazione art. 11 della legge n. 77 del 24 giugno 2009.

31 Considerazioni conclusive e problemi aperti (2) Microzonazione sismica di livello 3 o o o o o o o o Problema della restituzione della cartografia geologico-tecnica sulla topografia attuale. Problema della mappatura degli elementi morfologici sepolti. È importante per una corretta modellazione degli effetti locali. Mappare obbligatoriamente la coltre antropica con metodi quantitativi? È funzionale caratterizzare la coltre antropica in termini di litotipi prevalenti per poterne valutare la risposta sismica? Come caratterizzo le zone suscettibili di deformazioni permanenti? Come integro correttamente i metodi di osservazione diretta e le prospezioni indirette? Come ottimizzo il piano delle indagini? È corretto modellare la coltre antropica in termini di valori medi dei parametri meccanici? È più utile valutare la variabilità dei parametri meccanici rilevanti? Quando modellizzo l amplificazione del moto sismico posso sottostimare l amplificazione e la sua variabilità laterale. Come tengo conto di questo quando realizzo la carta di MS di livello 3? Ha senso realizzare una sola carta di livello 3 per tutti gli intervalli di frequenza, in questi casi?