Microzonazione di terzo livello – Comune di Casamicciola (NA)

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STUDIO DI MICROZONAZIONE SISMICA DI III LIVELLO COMUNE DI CASAMICCIOLA TERME – ABSTRACT

  1. Scopo del lavoro

Lo studio ha avuto il fine di quantificare la pericolosità sismica locale di aree ristrette chiamate microzone, con particolare riferimento alle aree stabili, alle aree stabili suscettibili di amplificazione e alle aree instabili, e alla redazione delle Carte di Microzonazione sismica di livello 3 alla scala 1:5.000. Preliminarmente alla valutazione quantitativa della MS di III Livello è stato effettuato anche lo studio di I Livello, di cui lo stesso non era dotato.

Lo studio è stato realizzato secondo gli Indirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica (ICMS, 2008 e successivi aggiornamenti) e realizzato mediante analisi di risposta sismica locale monodimensionale (1D) e bidimensionale (2D), effettuate su verticali e sezioni rappresentative, in numero adeguato per poter caratterizzare le tipologie di microzona individuate nella Carta delle microzone omogenee in prospettiva sismica (MOPS). I risultati delle analisi numeriche sono stati restituiti in termini di accelerogrammi calcolati in superficie ed elaborati in termini di fattori di amplificazione in pseudo-accelerazione calcolati per prefissati intervalli di periodi, nonchè di spettri di risposta in accelerazione al 5% di smorzamento.

Tutte le attività finalizzate alla realizzazione dello studio di MS di III livello sono state eseguite in coordinamento con il Centro per la Microzonazione Sismica e le sue applicazioni (Centro MS tramite l’Istituto di Geologia Ambientale e Geoingegneria del Consiglio Nazionale delle Ricerche) che ha svolto per conto del Commissario per la ricostruzione l’attività di supporto tecnico-scientifico, acquisizione, elaborazione e verifica dei risultati).

Le fasi di lavoro sono consistite in sopralluoghi, rilievi, raccolta dati, indagini in situ, interpretazione ed analisi varie ha portato alla redazione delle cartografie, della relazione e degli elaborati informatici indicati nel disciplinare di incarico. In particolare le attività svolte sono state le seguenti:

  1. raccolta ed elaborazione dei dati pregressi
  2. definizione del piano di indagini integrative;
  3. esecuzione dei rilievi geologico-tecnici di dettaglio;
  4. esecuzione delle indagini integrative;
  5. archiviazione dei dati e dei metadati;
  6. redazione della Carta delle Indagini;
  7. realizzazione della Carta delle Frequenze Naturali Dei Terreni;
  8. realizzazione della Carta Geologico-Tecnica (CGT) con sezioni geologico-tecniche;
  9. definizione del modello di sottosuolo finalizzato allo studio di MS;
  10. realizzazione della Carta delle Microzone Omogenee in prospettiva sismica (MOPS);
  11. esecuzione di analisi numeriche monodimensionali (1D) di risposta sismica locale;
  12. realizzazione delle Carte di microzonazione sismica di livello 3;
  13. redazione Relazione illustrativa.

 

Durante l’intero periodo di lavoro c’è stato un continuo scambio di informazioni, dati ed interpretazioni con la Struttura di Supporto, coordinata da CNR IGAG per il centro MS, sia de visu tramite periodiche riunioni presso la sede del CNR-ISMAR di Napoli ed il Dipartimento di Ingegneria dell’Università Federico II di Napoli, sia in remoto tramite mail e telefonate.

Gli aspetti geologico-morfologici e strutturali del comprensorio comunale indagato sono stati in gran parte ricavati da numerosi studi di carattere scientifico presenti in bibliografia, da diversi studi geologici forniti dall’Amministrazione Comunale e dal lavoro coordinato dal CNRIGAG nell’ambito dell’Art. 8 del OCDPC n.476/2017“Primi interventi…, inoltre sono state consultate e valutate diverse fonti geologiche e cartografiche.

 

  1. Dati

I dati geofisici pregressi utilizzati per il presente studio sono stati:

  1. 60 indagini HVSR
  2. 3 array sismici bidimensionali
  3. indagini geoelettriche 12 sondaggi verticali TDEM e 4 profili CRC;
  4. 1 prospezione sismica attiva MASW;
  5. 1 prospezione sismica a rifrazione;
  6. 1 prospezione geoelettrica 2d ERT.
  7. Per quanto riguarda lo studio geologico del PRG del 1990, sono stati presi in esame n.11 sondaggi a carotaggio continuo con prove SPT e campioni di laboratorio,
  8. Studi vari

 

Che sono stati poi integrati con nuove prove geofisiche e geognostiche date da:

  • N° 2 sondaggi a carotaggio continuo, con prelievo di campioni indisturbati per analisi di laboratorio, esecuzione di prove SPT in foro ed attrezzati con tubazione in PVC per l’esecuzione di prospezioni geofisiche tipo Down-Hole;
  • n° 13prospezioni sismiche superficiali M.A.S.W. (Multichannel Analysis of Surface Waves ovvero Analisi Multicanale delle onde Superficiali di Rayleigh);
  • n°32 indagini di sismica passiva a stazione singola HVSR (microtremore ambientale).

 

  1. Modello geologico

Dai risultati ottenuti dalle indagini e dai rilevamenti eseguiti all’interno del territorio comunale di Casamicciola Terme, uniti con le informazioni ricavate dai dati pregressi e dagli studi bibliografici, è stato possibile ottenere il modello del sottosuolo finalizzato all’analisi di Microzonazione Sismica di Livello 3, con cui, poi, si è proceduto ad individuare le Microzone Omogenee in Prospettiva Sismica (MOPS), anche tramite la realizzazione di sezioni geologiche dei corpi omogenei del modello iniziale.

Al fine di rappresentare al meglio le condizioni del sottosuolo di Casamicciola Termesono state tracciate n° 8 sezioni Geologico tecniche, concentrate nella nella porzione urbanizzata a nord del territorio comunale.

Le analisi numeriche previste dall’Ordinanza n.1 del 27 novembre 2018, hanno riguardato la determinazione di alcuni parametri rappresentativi della Risposta Sismica Locale (RSL) in tutte le microzone omogenee in prospettiva sismica (MOPS) definite come stabili e soggette a fenomeni di amplificazione. I parametri di interesse determinati sulla base delle analisi 1D di RSL sono stati:

  • Accelerogrammi (in numero di 7) rappresentativi della pericolosità sismica locale (scenari di scuotimento) associata ad eventi con tempo di ritorno di 475 anni e relativi spettri di risposta elastici in pseudo-accelerazione con smorzamento pari al 5% dello smorzamento critico (Sa);
  • Fattori di Amplificazione (FA) relativi a tre intervalli di periodi (0.1-0.5s, 0.4-0.8s e 0.7-1.1s).

La modellazione è stata effettuata utilizzando il codice di calcolo STRATA che opera nel dominio delle frequenze e modella il comportamento non lineare dei terreni mediante ilmetodo lineare equivalente (EQL).

Le zone stabili suscettibili di amplificazione interessate dalla modellazione numerica sono quelle ricomprese nei limiti delle zone di microzonazione di III Livello e non interessate da fenomenologie di instabilità (frane e liquefazione). Le MOPS sottoposte ad analisi sono state 7 chiamate MOPS 2001, MOPS 2002, MOPS 2003, MOPS 2004, MOPS 2005, MOPS 2006, MOPS 2099.

I 7 accelerogrammi utilizzati per la definizione dell’input sismico relativi alla pericolosità sismica di base sono quelli forniti dall’Istituto di Geologia Ambientale e Geoingegneria del Consiglio Nazionale delle Ricerche (per il centro per la Microzonazione sismica e le sue applicazioni).

Lo stesso istituto ha fornito il report per la “Definizione dell’input sismico da utilizzare per le analisi numeriche di risposta sismica locale (1D e 2D)

 

Analisi bidimensionali

Le simulazioni bidimensionali sono state eseguite a cura del Dipartimento di Ingegneria Geotecnica (DICEA) dell’Università di Napoli Federico II e fornite dal Centro MS.

 

  1. Cartografia

4.1 Carta delle indagini (CI)

È stata predisposta una carta che raccoglie tutte le indagini eseguite all’interno del territorio comunale di Casamicciola Terme indagato rappresentata in scala 1:3.500. La carta raccoglie le prove eseguite appositamente per il presente studio e tutte le indagini realizzate all’interno dell’area di studio, sia quelle recenti che quelle pregresse.

4.2 Carta delle frequenze naturali dei terreni

È stata realizzata riportando le varie stazioni di misura di rumore ambientale, suddivise nelle diverse località di studio e per ogni misura è stato assegnato un simbolo circolare la cui dimensione è funzione dell’ampiezza del picco fondamentale, mentre la colorazione è legata al valore della frequenza fondamentale F0.

4.3 Carta Geologico Tecnica per la MS (CGT_MS)

Nella carta geologico-tecnica sono stati rappresentati i seguenti elementi: litotipi affioranti, distinti tra terreni di copertura e substrato geologico, elementi tettonico strutturali, elementi geologici ed idrogeologici, elementi relativi alle instabilità di versante, le forme di superficie e sepolte ritenute significative. I litotipi sono stati suddivisi in classi predefinite in modo da essere rappresentativi delle situazioni litostratigrafiche potenzialmente suscettibili di amplificazione locale o di instabilità.

 

4.4 Carta delle Microzone Omogenee in Prospettiva Sismica (MOPS)

Sulla base di tutti i dati a disposizione sono state individuate 8 zone omogenee per caratteristiche litostratigrafiche, sismiche e strutturali (geometrie delle faglie). Per ogni MOPS, sono riepilogati gli spessori di ogni tipologia di terreno con le rispettive Vs.

 

4.5 Carte di Microzonazione Sismica (MS) di livello 3

Sono state prodotte, n. 3 Carte di Microzonazione Sismica di Terzo Livello, in funzione dei valori dei Fattori di Amplificazione calcolati per i tre differenti periodi di interesse (0.1-0.5s, 0.4-0.8s, 0.7-1.1s). Dunque ad ogni Microzona individuata è stato assegnato un differente valore di FA per ognuna delle cartografie. Il valore di FA assegnato è relativo al confronto tra la modellazione monodimensionale e bidimensionale, da cui è stata scelta la terna di valori con l’FA massimo per il periodo 0.1-0.5s (considerato di maggior interesse ingegneristico per il territorio comunale di Casamicciola Terme). In sintesi:

  1. La tavola relativa al periodo 0.1-0.5s mostra fattori valori di FA particolarmente elevati per le MOPS 2002 (Piazza Maio e Zona Rossa, mediamente pari a 2.22), 2004 (1.95) e 2007 (1.88), mentre i valori più bassi sono attribuibili alla MOPS 2001 (Grande Sentinella) con valori pari a 1.45;
  2. La tavola relativa al periodo 0.4-0.8s restituisce valori molto elevati di FA per la MOPS 2002 (Piazza Maio e Zona Rossa, mediamente pari a 3.21), e la MOPS 2004 (2.43). I fattori di amplificazione più bassi si riscontrano per le MOPS 2005 (1.57) e 2007 (1.69);
  3. Nella tavola relativa al periodo 0.7-1.1s i valori più elevati di FA sono attribuiti alle MOPS 2002 (3.22), 2001 (2.58) e 2004 (2.25), mentre in questo caso i valori di FA più bassi si individuano per le MOPS 2007 (1.24) e 2099 (1.33).

 

  1. Conclusioni

Lo studio ha permesso di pervenire ad una microzonazione approfondita del territorio indagato basata su metodologie analitiche di analisi di tipo quantitativo ed è stato condotto sulla scorta di un continuo scambio di informazioni, dati ed interpretazioni, con la struttura di supporto coordinata dal CNR IGAG per il centro MS, attraverso differenti fasi operative che possono essere così riassunte:

  • Analisi geologica, geomorfologica, litostratigrafica e geologico tecnica del territorio comunale sulla base della bibliografia recente, lavori pubblici e privati;
  • Definizione di un accurato piano di indagini sia geognostiche che soprattutto geofisiche finalizzate a quantificare la risposta sismica locale in maniera omogenea per il territorio oggetto di studio e che hanno integrato la campagna geofisica pregressa;
  • Elaborazione dei dati ottenuti in cantiere con successiva formulazione delle MOPS e definizione di un modello del sottosuolo;
  • Elaborazione del Modello di sottosuolo definitivo;
  • Elaborazione di simulazioni numeriche 1D e 2D (queste ultime a cura del centro MS);
  • Definizione della Modellazione sismica di III livello per l’area di studio;
  • Redazione delle tavole conclusive e della presente relazione illustrativa.

L’analisi effettuata ha permesso di suddividere il territorio d’interesse in n° 8 Microzone Omogenee in Prospettiva Sismica, per le quali sono stati definiti sufficientemente i modelli geologici e sismici, sia delle coperture sia del substrato geologico e a cui sono stati attribuiti i rispettivi fattori di amplificazione del moto sismico. Tutto lo studio di III Livello, pertanto, ha avuto il fine di quantificare l’amplificazione sismica delle microzone ed è stato svolto rispettando quanto indicato dal disciplinare d’incarico sfruttando, al contempo e al massimo, tutte le informazioni e le conoscenze disponibili derivanti dalle indagini pregresse e quelle svolte.

Il piano di indagini svolto ha consentito di rilevare, in particolare, profili sismostratigrafici rappresentativi che hanno consentito di individuare le MOPS in relazione a vari fattori, quali posizione del substrato sismico; posizione del substrato geologico; spessore delle coperture date da materiali di riporto, depositi di versante ed eluvio colluviali, e sabbie piroclastiche.

Per quanto riguarda le instabilità di versante, oltre ad una dettagliata analisi storica, sono stati rilevati, attraverso un rilevamento geologico, due movimenti gravitativi recenti, mentre le frane cartografate dal PAI e dall’IFFI sono state rappresentate senza variazione alcuna.

 

In dettaglio, lo studio di III livello di MS ha evidenziato una significativa predisposizione ad effetti di amplificazione sismica in alcune aree del territorio comunale. Dalle tre carte di Microzonazione Sismica di III livello redatte si riscontra come le frazioni comunali oggetto di studio mostrino una situazione abbastanza diversificata. Infatti i valori più elevati di FA (per tutti e tre i differenti periodi di interesse presi in esame) sono sempre attribuibili alla MOPS 2002 relativa all’area di Piazza Maio ed alla Zona Rossa, verosimilmente a causa delle particolari condizioni geostrutturali che le caratterizzano e che corrispondono altresì alle aree maggiormente danneggiate dall’evento sismico del 21 agosto 2017 e da quelli storici. In quest’area il graben strutturale ha consentito l’accumulo di notevoli spessori di materiali eterogenei tipici di depositi di debris flow e debris avalanche, nell’ambito dei quali il fattore di amplificazione FA è risultato il più elevato riscontrato, compreso tra 2.22 e 3.22, per tutti e tre gli intervalli di periodo considerati.

Valori più bassi di FA sono attribuibili, invece, all’area della Grande Sentinella (MOPS 2001) e a quella del porto e delle Antiche Terme (MOPS 2003). Nelle suddette gli effetti di sito sono stati e possono essere determinati anche dall’effetto topografico dovuto alla presenza degli alti strutturali.

La microzona, per la quale gli effetti di amplificazione del segnale sismico sono caratterizzati da un minore discrepanza (da 1.33 a 1.76 nei tre intervalli di periodo considerati), è la MOPS 2005, ubicata alle pendici del Rotaro, contraddistinta da depositi eluvio colluviali elimo sabbiosi con spessori da 5 a 20m, poggianti su substrato dilave.

Circa le criticità relative alle indagini, si può notare un gran numero di prospezioni geofisiche realizzate e pregresse, prevalentemente nella ‘’ZONA ROSSA’’ e Gran Sentinella, mentre i sondaggi geognostici risultano in numero piuttosto esiguo e andrebbero integrati in maniera cospicua e patula.

Per le prospezioni sismiche in foro e per gli array sismici è stato effettuato il calcolo delle Vs medie ai sensi del D.M. 17 gennaio 2018. Si sottolinea che la valutazione della Vseq calcolata è da ritenersi puntuale e valida soltanto per il punto oggetto d’indagine e non può essere estesa a tutta la microzona in cui la prospezione ricade.

Si sottolinea che in fase di pianificazione e progettazione di nuovi insediamenti e/o di verifica sismica di quelli esistenti è auspicabile effettuare analisi di Risposta Sismica Locale in particolare in aree in frana ed in quelle geomorfologicamente più esposte a fenomeni di amplificazione sismica locale (orli di scarpata, bordi di valli ove le coperture presentano spessori differenti, picco isolato, creste et similia) e ove le condizioni morfologiche si discostano in misura significativa rispetto al valore limite di acclività.