Osservazioni ormai innumerevoli mostrano che la variabilità spaziale dei danni e degli effetti prodotti da un terremoto è sempre molto elevata e che, in molti casi, una causa importante è l’esistenza di condizioni sfavorevoli dei terreni che possono mettere in crisi il patrimonio edilizio, monumentale e infrastrutturale. La presenza di particolari condizioni lito-stratigrafiche e geo-meccaniche dei terreni superficiali, di particolari situazioni morfologiche e idro-geologiche, di terreni liquefacibili sono alcuni degli effetti di sito maggiormente responsabili dei danni sulle strutture. Essi inducono delle modifiche (aumento in ampiezza, durata e contenuto in frequenza) del moto sismico rispetto a quello che si misurerebbe sul basamento roccioso. La peculiarità e l’unicità delle caratteristiche di sito sono tali da non poter essere facilmente approssimabili con il metodo semplificato di classificazione di sito previsto dalla normativa italiana.
A partire dal terremoto de L’Aquila del 2009, la comunità scientifica ha rivolto particolare attenzione al confronto tra le azioni sismiche registrate in sito durante i terremoti e quelle attese dalla attuale mappa di pericolosità sismica italiana (OPCM 3519, 2006) recepita dalle Norme Tecniche per le Costruzioni (NTC, 2008). La validazione della carta di pericolosità è diventato un argomento molto seguito, con una linea di ricerca dedicata all'interno dei progetti sismologici finanziati dal Dipartimento della Protezione Civile.
Dopo l’evento sismico aquilano del 2009, la sequenza emiliana è stata l’unica ad aver avuto eventi significativi tali da rendere possibile un ulteriore confronto con quanto previsto dalla norma. Durante quella sequenza vi fu un intervento coordinato degli enti di ricerca e delle università italiane, installando reti di monitoraggio temporanee in un’area che copriva le provincie di Reggio Emilia, Modena, Ferrara estendendosi parzialmente a quelle di Mantova, Rovigo e Bologna. Il CNR-IMAA installò tre stazioni nell’area urbana di Mirandola, due sul terreno ed una per il monitoraggio dell'Ospedale. Su suggerimento del Dipartimento Nazionale di Protezione Civile una stazione accelerometrica del CNR-IMAA fu installata accanto a quella permanente della rete nazionale (ITACA - ITalian ACcelerometric Archive), l’unica stazione che, in area epicentrale, aveva registrato l'evento del 20 maggio. La stazione del CNR-IMAA ha registrato 107 terremoti della sequenza sismica con magnitudo locale compresa tra 3.0 - 5.8 e distanza epicentrale compresa tra 0.6 km - 32.7 km. Inoltre, il sito è stato oggetto di prove geofisiche al fine di stimare le caratteristiche geo-meccaniche dei terreni superficiali fino alla profondità di 90 metri.
I moti del suolo registrati in diversi siti della città di Mirandola hanno mostrato una sottostima delle disposizioni del codice antisismico per quella zona per tempi di ritorno ragionevoli, ossia per periodi di ritorno di 475 anni. A differenza di quanto fu osservato all'Aquila, questa discrepanza dipende da come viene modellato l'effetto di amplificazione sismica del suolo, che può essere considerato come classe di suolo, secondo la normativa, o utilizzando modelli più complessi. Durante un terremoto la risposta sismica del terreno può variare anche di molto su brevi distanze in base alle differenze nelle caratteristiche meccaniche dei terreni affioranti, con rocce e suoli rigidi che amplificano meno di quanto facciano i suoli soffici come sabbie o argille. Il codice italiano indica che la stima della risposta sismica locale deve essere eseguita secondo un approccio semplificato, ossia indicando la classe di suolo secondo le caratteristiche geo-meccaniche dei suoli nei soli primi 30 metri e secondo caratteristiche topografiche semplificate. Nel sito di Mirandola la disponibilità di sondaggi geognostici, prove geofisiche e geotecniche ha permesso di evidenziare il ruolo complesso dei sedimenti profondi della Pianura Padana, mostrando come la risposta sismica locale dipenda da uno strato di oltre 100 m di profondità e non di soli 30 metri, come considerato dalle norme tecniche per le costruzioni. A riprova dell’importanza della conoscenza della profondità dello strato risonante, per Mirandola è bastato anche un semplice modello 1D, che abbia però tenuto conto delle reali condizioni di sito, per calcolare più correttamente uno spettro di sito molto più simile a quello ottenuto con le registrazioni accelerometriche.
L’abitato di Mirandola rappresenta uno dei tanti centri italiani siti su bacini profondi, caratterizzati da uno spesso strato di sedimenti soffici, in cui l’approccio semplificato della normativa italiana della classificazione dei suoli secondo il VS30 risulta assolutamente inadeguato. Già in altre pubblicazioni è stato dimostrato l’inadeguatezza del VS30 come stimatore dell’amplificazione di sito in un’area geologicamente complessa come quella italiana (Boore D.M., 2004; Castellaro et al., 2008; Gallipoli e Mucciarelli, 2009 e altri riferimenti ivi contenuti).
Un’ulteriore peculiarità del moto sismico registrato a Mirandola sono stati i valori molto elevati delle componenti verticali, che hanno superato quelli orizzontali contraddicendo quanto atteso dalla normativa antisismica. La combinazione di elevati valori sulle componenti verticali con moti orizzontali amplificati alle basse frequenze, corrispondenti ad elevati spessori di sedimenti, è stata la causa del peculiare danneggiamento osservato in Emilia, con danni maggiori al patrimonio industriale e monumentale che non alla edilizia abitativa.
Infine, la disponibilità di più dati raccolti a breve distanza ha mostrato come, per frequenze superiori a 5 Hz, le registrazioni possano differire tra loro per la diversa modalità di installazione degli accelerometri all'interno di edifici anche di piccole dimensioni.
I dati ottenuti nella campagna di monitoraggio emiliana si sono rivelati importantissimi, tanto che il sito di Mirandola è ancora tutt’oggi oggetto di studi e collaborazioni anche a livello internazionale.
Attualmente a Mirandola è stato installato dalla Regione Emilia Romagna e dall’Istituto Nazionale di Geofisica e Oceanografia un sistema di accelerometri a diverse profondità (0, -30, -150 m) che fa parte della rete denominata NISBAS, cui partecipa anche il CNR-IMAA mettendo a disposizione i dati registrati a Marsico Nuovo da un accelerometro da pozzo posto alla profondità di 80 metri. L’installazione di sensori in coppia pozzo-superficie dà la possibilità di studiare al meglio l'effetto amplificativo dei terreni soffici al fine di migliorare la conoscenza sull’attenuazione del moto del suolo, di validare le equazioni predittive del moto del suolo e le stime di pericolosità sismica e di perfezionare le norme tecniche per le costruzioni.
Per informazioni:
Maria Rosaria Gallipoli, CNR-IMAA, Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.
Approfondimenti
Gallipoli M.R., Chiauzzi L., Stabile T.A., Mucciarelli M., Masi A., Lizza C., Vignola L. (2014): The role of site effects in the comparison between code provisions and the near field strong motion of the Emilia 2012 earthquakes, Bullettin of Earthquake Engineering, 12, 5, pp. 2211-2230, accessibile a questo link: http://link.springer.com/article/10.1007/s10518-014-9628-7.
Masi A., Santarsiero G., Gallipoli M. R., Mucciarelli M., Manfredi V., Dusi A., Stabile T.A. (2014). Performance of the health facilities during the 2012 Emilia (Italy) earthquake and analysis of the Mirandola hospital case study. Bullettin of Earthquake Engineering, vol. 12, p. 2419-2443, ISSN: 1570-761X, doi: 10.1007/s10518-013-9518-4.
Puglia R., Albarello D., Luzi L., Bindi D., Gallipoli M. R., Mucciarelli M., Naso G., Pacor F., Peronace E. (2014). On the Performances of Site Parameters for Soil Classification. Engineering Geology, vol. 5, p.
1149-1152 , ISSN: 0013-7952, doi: 10.1007/978-3-319-09048-1_219.
Gallipoli M. R., Bianca M., Mucciarelli M., Parolai S. and M. Picozzi (2013). Topographic vs. stratigraphic amplification: mismatch between code provisions and observations during the L'Aquila (Italy, 2009)
sequence. Bullettin of Earthquake Engineering, vol. 11, p. 1325-1336, doi: 10.1007/s10518-013-9446-3.
