Valutazione dell’amplificazione sismica su terreni non rigidi: esempio di microzonazione in un'area della Penisola Sorrentina.

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Introduzione 
 
Nell’ambito di una corretta pianificazione e progettazione territoriale, 
una variabile che gioca un ruolo fondamentale è certamente il Rischio 
Sismico. Il rischio sismico R può essere calcolato mediante il prodotto 
simbolico:  
 
R = P * V * E 
 
dove P è la pericolosità sismica, ovvero la probabilità che in una data 
area ed in un certo intervallo di tempo si verifichi un terremoto che 
abbia una certa soglia di intensità, magnitudo o accelerazione di 
nostro interesse. V ed E sono invece la vulnerabilità e il fattore 
esposto rispettivamente, ossia il numero e la propensione di edifici e 
vite umane a subire un danno di un determinato livello a fronte di un 
evento sismico di una data intensità. 
Quindi per mitigare, o quantomeno ridurre il rischio associato ad un 
evento sismico, è necessario eseguire uno studio di pericolosità 
sismica a diversi livelli di scala (Nazionale, Regionale e Locale), al 
fine di ottenere mappe di pericolosità sismica. Esse costituiscono uno 
strumento essenziale per la messa a punto di strategie volte alla 
riduzione dei danni attesi in occasione di futuri eventi sismici. Dato 
che queste carte esprimono lo stato delle conoscenze in un dato 
momento, esse vanno periodicamente aggiornate per tenere conto dei 
progressi apportati alle conoscenze di base sui processi sismogenetici 
nell’area di studio. L’approccio alla valutazione della pericolosità può 
essere di due tipi: uno di tipo deterministico ed uno probabilistico. Il 
metodo deterministico si basa sullo studio dei danni osservati in 
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occasione di eventi sismici che storicamente hanno interessato un 
area, ricostruendo degli scenari di danno per stabilire la frequenza con 
la quale si sono ripetute nel tempo scosse di uguale intensità. Questo 
approccio richiede la disponibilità di informazioni complete sulla 
sismicità locale (informazioni relative alla sorgente, al mezzo di 
propagazione, e alle condizioni locali di sito), e permette di calcolare i 
parametri dello scuotimento sismico del suolo per qualsivoglia punto 
del territorio analizzato e qualsiasi sorgente considerata (nota, 
ipotetica o storica). Poiché però tale approccio risulta essere in alcuni 
casi molto complesso e le informazioni necessarie non sono sempre 
facilmente reperibili, gli studi di pericolosità su cui è basata l’intera 
normativa sismica nazionale seguono un approccio di tipo 
probabilistico. Quest’ultimo, prevede che la pericolosità venga 
espressa come la probabilità che in un dato intervallo di tempo si 
verifichi un evento con assegnate caratteristiche. Il metodo 
probabilistico più utilizzato è quello di Cornell, dal nome del 
ricercatore che lo ha messo a punto e prevede che vengano individuate 
nel territorio le zone responsabili degli eventi sismici, che sia 
quantificato il loro grado di attività e che si calcolino gli effetti 
provocati da tali aree in relazione alla distanza dall’epicentro.  
Qualsiasi sia l’approccio metodologico scelto per la valutazione della 
pericolosità è sempre opportuno preventivamente fare un’analisi della 
sismicità storica dell’area oggetto di indagine al fine di avere un 
quadro completo del fenomeno e poter fornire con maggiore 
accuratezza il grado di scuotibilità. Molteplici applicazioni in campo 
sismico richiedono la definizione della scuotibilità di un'area. Tra 
queste ad esempio abbiamo studi di qualificazione sismica dei siti 
destinati ad ospitare impianti ad elevato rischio o di importanza 
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strategica, gli studi di microzonazione sismica di un'area urbana, gli 
scenari di terremoto per la pianificazione delle operazioni di 
protezione civile, l'analisi del rischio a breve termine di aree ove 
allocare risorse per interventi di mitigazione del rischio (recupero ed 
adeguamento delle strutture strategiche o più a rischio). Ciascuna di 
tali applicazione presuppone un modo diverso di intendere la 
pericolosità, sia per il tipo di approccio seguito, ad esempio 
deterministico o probabilistico, sia per il modo in cui la scuotibilità 
deve essere espressa.  
Nel presente lavoro di tesi è stato eseguito uno studio di pericolosità 
sismica di II livello (Microzonazione), seguendo le direttive delle 
ultime normative sismiche nazionali (ex OPCM 3274/2003, D.M. 
14.09.2005 e D.M. 14.01.2008) e regionali (Cascini et al., 2006 - 
D.G.R. 1701 del 28/10/2006 ). La zona sottoposta ad indagine è 
un’area della Penisola Sorrentina, che fa parte del territorio Comunale 
di Gragnano. Tale scelta è avvenuta in quanto quest’area è interessata 
sia da zone pianeggianti e maggiormente urbanizzate, che da zone 
rurali poste a quote più elevate,  tutte con possibile composizione del 
sottosuolo fortemente eterogenea. L’esecuzione dei profili sismici in 
quest’area è avvenuta nell’ambito di un progetto di Ricerca del 
Consorzio Interuniversitario NA-SA sui Grandi Rischi (CUGRI), il 
cui obiettivo è quello di fornire alle amministrazioni locali gli 
strumenti per operare un’adeguata programmazione dell’uso del 
territorio in prospettiva sismica, con la messa in sicurezza delle zone 
più a rischio e, la costruzione o ricostruzione, in sicurezza degli 
edifici. Per la definizione delle geometrie e delle proprietà fisiche dei 
terreni del sottosuolo, sono stati acquisiti in campagna dati con 
l’utilizzo di strumentazioni moderne. A partire dalla conoscenza delle 
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caratteristiche geosismologiche e geologico-tecniche del territorio i 
dati registrati  sono stati poi elaborati con tecniche di sismica a 
rifrazione, tomografia sismica e tecnica MASW, allo scopo di ottenere 
per ogni sito una sezione sismica da interpretare geologicamente, un 
tomogramma del sottosuolo per mettere in evidenza eventuali 
variazioni laterali di velocità o inversioni di velocità con la profondità 
e un modello pseudo 2D della distribuzione della velocità delle onde 
di taglio Vs, per il calcolo del parametro Vs30. 
La velocità delle onde di taglio (Vs) viene riconosciuta infatti come un 
fattore fondamentale nell’amplificazione del moto al suolo ed inserita 
nelle normative di costruzione. Seguendo la normativa sismica 
italiana, per la definizione dell’azione sismica di progetto sono state 
definite diverse categorie di suolo di fondazione sulla base del 
parametro Vs30, la velocità media di propagazione entro 30 m di 
profondità delle onde di taglio. L’esigenza di misurare rapidamente e 
a basso costo le Vs, soprattutto nelle aree urbane, per modellizzare 
realisticamente la risposta di sito nelle mappe di pericolosità, ha 
stimolato la ricerca di nuovi metodi di indagine sismica. I Log di 
velocità Vs in foro sono in genere considerati lo standard per ottenere 
i dati di Vs, ma sono molto costosi e spesso non proponibili nelle aree 
urbane. Queste misure sono però puntuali e possono essere talora poco 
rappresentative del mezzo attraversato dall’onda sismica. Si è quindi 
verificato che i metodi più idonei a definire le velocità Vs 
rappresentative di un’area sono quelli basati sull’inversione delle 
velocità di gruppo e di fase delle onde superficiali di Rayleigh. 
Esistono diverse metodologie di misura per studiare le onde 
superficiali di Rayleigh (F-k, SPAC, SASW, REMI, FTAN), che si 
differenziano sia per il tipo di approccio seguito in campagna 
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(configurazione sorgente e ricevitori), che per le procedure di calcolo 
in laboratorio. In questo lavoro di tesi si è scelto di utilizzare la 
tecnica MASW. Tale scelta è avvenuta per ottimizzare i tempi ed i 
costi della campagna, poiché essendo l’analisi MASW multicanale 
(così come la sismica a rifrazione classica e la tomografia), è stato 
possibile per ogni profilo sismico eseguire contemporaneamente le tre 
metodologie d’indagine. Le informazioni ottenute dalle indagini 
hanno permesso di eseguire una modellizzazione del sottosuolo, che 
ha consentito  di definire le Categorie Sismiche di Suolo medie per le 
aree indagate, e valutare anche, a titolo esemplificativo, per due 
sezioni litostratigrafiche tipo la funzione di amplificazione dinamica 
(FAD). Sono disponibili molti codici di calcolo per eseguire 
modellazioni numeriche ai fini della valutazione del FAD. Tali codici 
differiscono per l’algoritmo di calcolo utilizzato e per le condizioni e 
le ipotesi semplificative considerate. E’ possibile ad esempio 
utilizzare codici di calcolo monodimensionali come DAF1D (Rapolla, 
1987), SHAKE91 (Idriss e Sun, 1992) oppure EERA (Bardet et al., 
2000), che permettono di  modellare situazioni piano-parallele a uno o 
più strati, considerando una colonna verticale monodimensionale 
ipotizzando che sia lateralmente omogenea la stratigrafia presente ai 
lati della verticale di analisi. Codici di calcolo più complessi come 
QUAD 4M (Hudson et al., 1993) permettono analisi bidimensionali, 
in cui alle normali cause di amplificazione del moto sismico si 
sommano gli effetti di bordo connessi alle complesse geometrie del 
sottosuolo. Nel presente lavoro di tesi si è scelto di utilizzare un 
codice di calcolo monodimensionale (DAF1D, Rapolla 1987) essendo 
interessati ad una valutazione a carattere generale  della funzione di 
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amplificazione dinamica, visto il carattere territoriale e non puntuale 
della ricerca eseguita.  
Infine, per una maggiore completezza dell’indagine, è stata eseguita 
anche  una  valutazione II livello della suscettibilità dell’area di studio 
alla franosità sismo-indotta, utilizzando una nuova metodologia, 
sperimentata in  precedenti lavori di ricerca eseguiti su tutta la 
Regione Campania e sull’isola vulcanica di Ischia (Rapolla et alii 
2010 a,b). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CAPITOLO 1 : Le Problematiche 
 
1.1 La Pericolosità Sismica 
 
Ogni otto anni mediamente in Italia si verifica un terremoto con 
conseguenze da gravi a catastrofiche (Dario Slejko 1996). Questo 
comporta, per i governi che si succedono nel tempo, la necessità di 
fronteggiare l'emergenza e la ricostruzione, ma anche di elaborare una 
strategia di difesa dai terremoti. Lo strumento di difesa adottato fino 
ad oggi in Italia è incentrato sulla normativa sismica, che dovrebbe 
predisporre i requisiti antisismici adeguati per le nuove costruzioni in 
determinate zone del Paese; in aggiunta un’ulteriore difesa può 
avvenire attraverso l'intervento sul patrimonio edilizio già esistente, 
operazione che deve essere articolata a valle di complesse valutazioni 
socio-economiche, denominate analisi di rischio, in diffusione solo 
negli ultimi anni. Entrambi gli strumenti di protezione dagli effetti dei 
terremoti hanno un denominatore comune nella pericolosità sismica, 
ovvero nella stima dello scuotimento del suolo previsto in un certo 
sito durante un dato periodo di tempo a causa dei terremoti. L’Italia è 
uno dei Paesi a maggiore rischio sismico del Mediterraneo, per la 
frequenza dei terremoti che hanno storicamente interessato il suo 
territorio e per l’intensità che alcuni di essi hanno raggiunto, 
determinando un impatto sociale ed economico rilevante. La sismicità 
della Penisola italiana è legata alla sua particolare posizione 
geografica, perché è situata nella zona di convergenza tra la zolla 
africana e quella eurasiatica ed è sottoposta a forti spinte compressive, 
che causano l’accavallamento e la subduzione di materiali crostali e 
subcrostali (Figura 1, fonte www.ingv.it). 
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Figura.1. Assetto tettonico nel Mediterraneo (www.ingv.it) 
 
La sismicità più elevata si concentra nella parte centro-meridionale 
della penisola - lungo la dorsale appenninica (Val di Magra, Mugello, 
Val Tiberina, Val Nerina, Aquilano, Fucino, Valle del Liri, 
Beneventano, Irpinia) - in Calabria e Sicilia, ed in alcune aree 
settentrionali, tra le quali il Friuli, parte del Veneto e la Liguria 
occidentale (Figura 1.1). I terremoti che hanno colpito la Penisola 
hanno causato danni economici consistenti, valutati per gli ultimi 
quaranta anni in circa 135 miliardi di euro, che sono stati impiegati 
per il ripristino e la ricostruzione post-evento. A ciò si devono 
aggiungere le conseguenze non traducibili in valore economico sul 
patrimonio storico, artistico, monumentale. 
Considerando alcuni dei più recenti e maggiori terremoti avvenuti nel 
mondo, eventi di energia (magnitudo) equivalente fra di loro hanno 
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determinato vittime e danni molto diversi in funzione delle 
caratteristiche del patrimonio abitativo (età, tipologia edilizia,uso), 
distribuzione dei centri abitati e densità di popolazione, vie di 
comunicazione, presenza e dislocazione dei centri operativi di pronto 
intervento, attività produttive, industrie a rischio, etc. 
 
Figura 1.1 Carta della sismicità in Italia dal 1981 al 2002 (www.ingv.it) 
 
In Italia il rapporto tra i danni prodotti dai terremoti e l’energia 
rilasciata nel corso degli eventi è molto più alto rispetto a quello che si 
verifica normalmente in altri paesi avanzati e ad elevata sismicità, 
quali la California o il Giappone. Ciò è dovuto principalmente al fatto 
che il nostro patrimonio edilizio è caratterizzato da una notevole 
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fragilità, a causa soprattutto della sua antichità, e cioè delle sue 
caratteristiche tipologiche e costruttive ed allo scadente stato di 
manutenzione che non offrono garanzie di resistenza dal punto di vista 
sismico. Nonostante si sappia quindi, da sempre, che il nostro è un 
Paese fortemente sismico, classificazione e norme antisismiche sono 
state introdotte con grande ritardo e da questo dipende l’attuale 
elevato livello di rischio. 
Le recenti normative sul Rischio sismico (vedi l’OPCM 3274/03, il 
T.U. sulle Norme Tecniche delle Costruzioni in zona sismica del C.S. 
dei Lavori Pubblici, il DM “NormeTecniche per le Costruzioni” del 
14.09.2005, l’OPCM 3519/06 e il più recente D.M. 14 Gennaio 2008) 
pongono finalmente in modo molto più attento, anche se  non ancora 
in modo esaustivo e completo (vedi i recenti fatti accaduti 
nell’Aquilano), l’accento sulla importanza di una nuova e moderna 
valutazione della Pericolosità Sismica di un sito quale elemento 
indispensabile per la valutazione quantitativa del Rischio Sismico e, di 
conseguenza, per la valutazione corretta della tipologia e delle 
modalità delle azioni e delle opere a carattere ingegneristico da 
intraprendere per il necessario adeguamento e la messa in sicurezza di 
edifici esistenti e per la corretta progettazione antisismica di nuovi 
edifici (Rapolla, 2008). A differenza dei provvedimenti legislativi del 
passato (per esempio la legge n. 64 del 2 febbraio 1974) infatti l’intera 
normativa antisismica nazionale, prevede l’esecuzione di studi ed 
indagini geologiche e geofisiche indirizzate alla zonazione sismica di 
territori comunali ed intercomunali e degli specifici siti di costruzione. 
In questo modo  lo spettro di risposta sismico viene determinato  
tenendo conto delle caratteristiche geologico-sismiche dello specifico 
sito in esame.  Ovviamente uno studio teso a tale obbiettivo non potrà