1. LA RIDUZIONE DEL RISCHIO SISMICO NELLA PIANIFICAZIONE DEL TERRITORIO:
IL PROGRAMMA VEL
Definizioni
¾ Rischio sismico:
Il rischio sismico si definisce come l'insieme dei possibili effetti che un terremoto di riferimento può produrre in un determinato intervallo di tempo, in una determinata area, in relazione alla sua probabilità di accadimento ed al relativo grado di intensità (severità del terremoto).
Questo parametro è legato (Carrara et alii, 1999), a parità di altri fattori, alla massima intensità sismica, che ha la maggior probabilità di verificarsi, in un determinato intervallo di tempo, nell’area considerata.
Molteplici sono i fattori che concorrono alla definizione del Rischio Sismico: la pericolosità, che nell’ambito della valutazione degli effetti locali si intende in due modi: pericolosità di base e pericolosità locale; esposizione e vulnerabilità del sistema urbano.
¾ Pericolosità:
generalmente si definisce pericolosità la probabilità di occorrenza di un evento potenzialmente distruttivo ( sisma, frana, inondazione) di una data intensità in una
data area durante un periodo di tempo prestabilito.
¾ Pericolosità di base:
La pericolosità sismica di base è intesa come la misura dello scuotimento al suolo atteso in un dato sito ed è legata alle caratteristiche sismotettoniche della sorgente, alle modalità di rilascio dell’energia alla sorgente, alla propagazione delle onde sismiche dalla sorgente al sito (percorso).
¾ Pericolosità locale:
La pericolosità sismica locale è la misura dello scuotimento al sito che in relazione alle caratteristiche geologiche, geomorfologiche, morfometriche e geotecniche locali può differire dallo scuotimento di base, in positivo o in negativo.
¾ L’esposizione degli edifici:
È una misura dell'importanza dell'oggetto esposto al rischio in relazione alle principali caratteristiche dell'ambiente costruito. Consiste nell'individuazione, sia come numero che come valore, degli elementi componenti il territorio o la città, il cui stato, comportamento e sviluppo può venire alterato dall'evento sismico (il sistema insediativo, la popolazione, le attività economiche, i monumenti, i servizi sociali).
¾ Vulnerabilità:
Consiste nella valutazione della possibilità che persone, edifici o attività subiscano danni o modificazioni al verificarsi dell'evento sismico. Misura da una parte la perdita o la riduzione di efficienza, dall'altra la capacità residua a svolgere ed assicurare le funzioni che il sistema territoriale nel suo complesso esprime in condizioni normali. Ad esempio nel caso degli edifici la vulnerabilità dipende dai materiali, dalle caratteristiche costruttive e dallo stato di manutenzione ed esprime la loro resistenza al sisma.
Il rischio è dato dalla relazione:
Rischio = Pericolosità X Vulnerabilità X Esposizione
E’ però necessario sottolineare che, per il paese di Ponzano Superiore, il tessuto socio-economico non è molto sviluppato: si tratta di una zona prevalentemente agricola con scarse o nulle strutture industriali e turistiche, non dispone di strutture viarie importanti come ponti o viadotti e pur essendo un paese di origine antica sono presenti pochi manufatti di importanza artistica.
Gli unici fattori che hanno un’incidenza sulla vulnerabilità e sulla esposizione sono rappresentati dalla popolazione e dalla tipologia e qualità di costruzione delle abitazioni, specialmente quelle costruite in tempi storici.
La valutazione del rischio in queste aree si è dunque basata prevalentemente sulla individuazione dei siti maggiormente esposti all’azione di un evento sismico, valutando gli effetti che questo può avere in determinate situazioni geologiche e geomorfologiche.
Attualmente l’esigenza delle Istituzioni è quella di stabilire sempre più corrette norme di progettazione di nuovi edifici ed il recupero di quelli vecchi.
Questo ha portato la ricerca a concentrarsi su analisi di rischio dei fattori legati alla pericolosità di base, il cui scopo è la classificazione sismica dei territori, in cui trovano applicazione le normative tecniche, proporzionate al grado di severità dell’evento atteso. Ciò rappresenta ad oggi la principale azione di prevenzione e riduzione del rischio sismico.
Fatta eccezione per attività, finalizzate peraltro ad altri obiettivi ( studi di microzonazione sono stati effettuati per necessità di tipo industriale o per interessi della ricerca), solo negli ultimi anni alcune esperienze hanno introdotto anche i fattori della pericolosità locale e della vulnerabilità degli edifici. Questo facendo ricorso a metodologie sempre meno sperimentali e fornendo risultati che possono essere applicati a scala edilizia, ma che possono consentire preliminari applicazioni anche ai fini della pianificazione di un centro urbano in zona sismica.
Già nel 1978 Siro evidenzia la mancanza di una normativa per la microzonazione sismica, che consideri non solo il fenomeno dell’amplificazione sismica locale ( in termini di accelerazione massima al suolo), ma anche le interazioni tra terreni di fondazione e strutture, anche in base ai modi di vibrare di queste ultime:“….Gran parte del territorio italiano è sottoposto ad elevato rischio sismico; di fronte a questa situazione bisogna dire che le norme antismiche vigenti appaiono insufficienti, sottodimensionate rispetto a quelle di qualsiasi altro paese civile. La
valutazione adeguata del rischio sismico nella pianificazione dell’uso del territorio non pare ragionevolmente rinviabile….”(Siro, 1978).
1.1 Valutazione degli Effetti Locali
Lo scopo principale della microzonazione sismica, in un territorio urbanizzato, consiste nella individuazione delle caratteristiche fisiche e meccaniche del terreno, volte a minimizzare o ingigantire gli effetti dei terremoti.
La macrozonazione sismica può, solo nelle linee generali, essere rappresentativa del modo come in un determinato luogo si risentirà l’evento sismico; e ciò accade sia perché i limiti amministrativi di un territorio comunale in genere non corrispondono ai limiti geosismologici e quindi il territorio stesso potrà ricadere in più fasce di macrozonazione sia, soprattutto, perché nell’ambito di un territorio a scala comunale può esistere una varietà di situazioni geolitologiche, geomorfologiche, geoidrologiche e geofisiche che determina una molteplicità di situazioni da cui, in definitiva, dipenderà l’amplificazione o lo smorzamento delle accelerazioni prodotte da un sisma.
Durante un terremoto i danni che si manifestano possono avere entità molto diverse in località tra loro vicine a causa di una differente risposta sismica locale;
ad esempio, per lo stesso sisma registrato da strumenti identici e a breve distanza reciproca, uno posto su di una coltre alluvionale di 200 m di spessore l’altro su rocce cristalline, si hanno comportamenti diversi che tendono a modificare le caratteristiche fisiche del moto ( A.Rapolla, E.Carrara, N.Roberti, 1992).
Fondamentale nella determinazione del rischio sismico risulta la descrizione delle caratteristiche sismiche dei terreni di copertura, in modo tale che si possano individuare eventuali amplificazioni locali.
Da osservazioni fatte su situazioni morfologiche particolari ( creste, pendii) si è potuto individuare un aumento dell’accelerazione massima ed un cambiamento dei contenuti in frequenza.
Secondo Siro, (1974) nella valutazione del comportamento dinamico di un sisma e nella ricerca di un metodo per effettuare la microzonazione di una certa area, si deve considerare tutto quello che può influire sul contenuto spettrale e
sull’amplificazione della vibrazione, che si propaga dall’ipocentro di un sisma fino ad ogni struttura costruita dall’uomo e della interazione dell’onda stessa con il terreno.
La vibrazione che si manifesta in una certa zona è il risultato di un complesso procedimento, condizionato da molte variabili.
Quindi si può concludere che le caratteristiche con cui si presenta un sisma in un dato sito sono fortemente dipendenti da:
¾ Caratteristiche della sorgente (forma, dimensione, orientamento, direzione di provenienza, profondità focale, magnitudo, geologia circostante, campo di stress),
¾ Modalità di emissione dell’energia,
¾ Distanza dall’ipocentro,
¾ Fattori di risposta locale che modificano la composizione spettrale del sisma ( amplificazione dello spostamento, riflessioni multiple, generazione di onde superficiali, focalizzazioni delle onde sismiche e interferenze varie),
Le complesse interazioni e combinazioni di essi producono effetti più o meno variabili entro aree ristrette e che pertanto possono essere definiti come effetti locali.
Tra questi possiamo ricordare ad esempio un aumento della durata dello scuotimento, un’esaltazione o abbattimento di determinate frequenze di oscillazione.
Tutti gli effetti locali insieme originano la risposta sismica locale.
Le condizioni geologiche che portano alla creazione di tali effetti sono da ricondursi alla differenza di rigidità tra terreni e basamento.
Il contrasto di impedenza tra il basamento e gli strati superficiali è la variabile che regola l’amplificazione del moto. Il fattore di amplificazione è uguale al rapporto tra le impedenze dei due mezzi.
Nelle formazioni a bassa velocità si creano inoltre per onde incidenti S onde superficiali Love, e per onde P onde di Rayleigh.
Nella formazione meno rigida le onde superficiali, a causa degli elevati valori di riflettività, danno luogo a riflessioni multiple, causando un intrappolamento di energia sismica.
Le geometrie dei substrati rocciosi possono effettuare un controllo sulla generazione e propagazione delle onde superficiali, che possono subire fenomeni di focalizzazione.
La geologia superficiale controlla il fenomeno della risonanza meccanica per frequenze critiche; le frequenze per un onda S incidente verticalmente su uno strato avente spessore h e velocità delle onde S β1 sono infatti date da ( Haskell, 1960):
fn= ( 2n+1) x β1 /4h ( n= 1,2,3,4….)
se prendiamo una β1= 150 cm/sec e h=20 m si avrà una f1= 1.85 Hz, se invece si prende una β1= 300 cm/sec e una h=10 m si avrà una f1= 7.5 Hz.
Dai dati ottenuti si può semplicemente osservare come un deposito alluvionale possa influenzare amplificando le basse frequenze all’interno del range di frequenze d’interesse ingegneristico ( 0 – 10 Hz).
Notevole importanza nell’influenzare la propagazione superficiale delle onde sismiche hanno i fattori morfologici.
Le irregolarità topografiche, creste rocciose e valli ad esempio, possono creare effetti amplificativi legati a fenomeni di riflessione multipla tra versanti o di focalizzazione dei raggi sismici; come si può vedere dalla figura sottostante per le creste con bassi valori del rapporto altezza/larghezza l’amplificazione è di poco conto; quando il rapporto supera una determinata soglia l’entità dell’amplificazione diventa significativa (Bouchon, 1973).
Per alcuni autori (Petrini, Pergalani, 1997) una cresta si considera pericolosa, perché soggetta a amplificazioni, quando la sua sommità è piuttosto stretta e i fianchi hanno pendenze di almeno 30° ( con un rapporto altezza/larghezza di circa h/l= 0,6). Però, come gli stessi (Petrini, Pergalani, 1997) hanno potuto constatare, i valori del rapporto altezza/larghezza (per cui si ha una situazione di pericolosità) possono anche essere minori e possono abbassarsi fino a 0,4 o anche 0,2; naturalmente i casi andrebbero valutati volta per volta ( Petrini, Pergalani, 1997).
La cresta su cui sorge Ponzano Superiore è asimmetrica ed ha un rapporto h/l di circa 2,5.
Fig. 1.1: veduta della cresta su cui sorge il paese di Ponzano s.
1.2 Il VEL in Liguria e in Toscana
La Provincia di La Spezia, nell’ambito delle attività relative al “Programma Valutazione degli Effetti Locali” (VEL), intraprese per valutare la risposta sismica locale, ha promosso il progetto sperimentale per la realizzazione di una cartografia geologica, geomorfologia, litotecnica e di sintesi ( zone a maggiore pericolosità sismica locale) in scala 1:2000 in alcuni centri urbani.
Negli anni precedenti, la Provincia della Spezia, ha già realizzato la cartografia relativa ai centri urbani di Bolano, S.Maria le Cassorane, Villagrossa e Debeduse.
A questi si aggiunge il centro urbano di Ponzano Superiore, zona in oggetto del presente studio e successivamente il centro abitato di Falcinello ( Comune di Sarzana).
1.3 Scopo del programma regionale VEL
Lo scopo della valutazione degli Effetti Locali (VEL) è quello di valutare ed individuare, all’interno di ambiti territoriali a scala sub-comunale ( frazioni e centri), aree a comportamento omogeneo sotto il profilo della risposta sismica locale in corrispondenza di un terremoto atteso, definendo così i possibili effetti sui principali centri urbani, sulle reti di servizio e sulle infrastrutture di comunicazione.
A tale scopo vengono esaminate in dettaglio ( con predisposizione di cartografie in scala 1.2000) le condizioni geologiche, geomorfologiche, litotecniche, geotecniche e sismostratigrafiche locali, distinguendo e segnalando quelle in grado di produrre fenomeni di amplificazione della risposta sismica locale rispetto alle condizioni geologiche di riferimento (bedrock in free-field) e individuare le aree oggetto di successivi approfondimenti per possibili fenomeni di instabilità indotta ( frane, liquefazioni, cedimenti, etc..).
Le indagini sono rivolte prevalentemente alla caratterizzazione geometrica (spessori) e meccanica dei terreni più significativi (parametri geotecnici e geofisici), a mezzo di limitate campagne d’indagine di tipo geotecnico/geofisico.
Le finalità dell’indagine VEL sono individuate in:
• fornire ai Comuni valutazioni degli effetti locali per individuare situazioni significative sotto il profilo infrastrutturale e del patrimonio edilizio, da utilizzare per ulteriori valutazioni del rischio sismico e/o scenari di rischio.
• fornire ai Comuni gli strumenti operativi per redigere normative tecniche da adottare in sede di pianificazione territoriale.
I dati potranno essere successivamente utilizzati nella realizzazione di una banca dati di tipo geologico e geotecnica, da utilizzare a fini pubblici, per valutazioni di tipo ambientale connesse alle diverse tipologie di rischio.
1.4 Cenni sulla normativa per le costruzioni in zona sismica
Nell’ambito del territorio italiano sono state definite, schematicamente, tre categorie di rischio all’interno delle quali si sono inseriti i territori comunali per i quali sono state imposte particolari norme di ingegneria antisismica; in altre parole la normativa sismica vigente ( Legge n°64 del 2/2/1974, successive modificazioni e norme tecniche relative) suddivide il territorio nazionale in aree sismiche di I, II, III categoria, assegnando a ciascuna un grado di sismicità S pari rispettivamente a 12, 9 e 6.
Il grado di sismicità consente di calcolare il coefficiente di intensità sismica C con la semplice relazione:
C = ( S – 2 ) / 100
Il coefficiente C ha le dimensioni di un’accelerazione ( espressa però in termini di frazioni dell’accelerazione di gravità g; a = C * 981 ( cm/sec2 ) e rappresenta la massima accelerazione alla quale si vuole che i manufatti rispondano elasticamente. Si avrà allora: per la I categoria (area sismica o macrozona) C = 0.1 di g; per la II categoria C = 0.07 di g; per la III categoria C = 0.04 di g.
Nell’ambito di tali categorie sono stati inseriti i vari territori comunali mediante opportuni elenchi stabiliti con decreti legislativi.
La legislazione vigente in Italia definisce, come si è visto, il coefficiente di intensità sismica C; tale coefficiente interviene in sede di progetto, rappresentando, come si è già detto, il livello di forze orizzontali rispetto alle quali si vuole che l’edificio, o la struttura in genere, risponda elasticamente. Infatti la normativa tecnica stabilisce che la forza tangenziale di cui si deve tener conto nei calcoli per una struttura da edificarsi in zona sismica è:
F = KW
Dove W rappresenta la massa della struttura e K, che ha le dimensioni di un’accelerazione, è il coefficiente sismico dato da :
K = C R ε β γi
Dove: C è il coefficiente di intensità sismica; R è il coefficiente di risposta della struttura in funzione del periodo fondamentale della stessa; ε è il coefficiente di fondazione; β è il coefficiente di struttura; γi è il coefficiente di distribuzione delle azioni sismiche.
Il coefficiente k non tiene conto delle caratteristiche geologiche, forse perché i parametri R ε β γi , sono di prevalente se non esclusivo interesse ingegneristico.
Anche il coefficiente C, definito a tavolino, richiederebbe invece uno studio più accurato delle problematiche geologiche che concorrono, zona per zona, a caratterizzare l’evento sismico.
Il grado di sismicità S, che si ritrova nella formula del coefficiente di intensità sismica C, è puramente convenzionale, cioè non rappresenta alcuna misura fisica della severità degli scuotimenti del terreno attesi in una data zona,a differenza di quanto potrebbero fare, ad esempio, dei valori di picco di riferimento del moto ( quali accelerazione o velocità massima del terreno), o delle ordinate dello spettro di risposta elastico.
Pertanto risulta praticamente impossibile usare direttamente il coefficiente C delle norme come indice fisico del terremoto di riferimento. Per tradurre il coefficiente C in una misura fisicamente più rappresentativa della severità dei moti sismici attesi, sarebbe necessario introdurre varie ipotesi riguardanti il comportamento degli edifici e dei materiali costruttivi.
Avendo la legislazione italiana definito tre categorie di rischio mediante il grado sismico S, si tratta di valutare se nell’ambito di un territorio comunale, inserito per legge in una delle tre macrozone, esistano delle variabilità nelle situazioni geologiche, in senso lato, che suggeriscono la divisione del territorio stesso in più microzone (A.Rapolla, E.Carrara, N.Roberti, 1992).
Nel 1984 il GNDT avanzò la proposta di una revisione delle leggi vigenti in quanto ritenute troppo generalizzate e non affrontanti il problema della sismicità locale.
Nell’ambito della normativa regionale, nel 1997 a seguito di un Atto di Programmazione negoziata tra regione Toscana e Dipartimento di Protezione Civile fu emanata la legge Regionale 30/07/97 n°56 e iniziò il programma regionale VEL, un progetto sperimentale per la realizzazione di una cartografia
geologica, geomorfologia, litotecnica e di sintesi di dettaglio ( scala 1:2000) per alcuni centri urbani della Garfagnana e della Lunigiana.
Questo progetto si è sviluppato anche in Liguria dove, in seguito alla legge regionale n°9 / 1993, che trasferisce all’Amministrazione Provinciale le competenze in materia di vincolo idrogeologico, la Provincia di La Spezia ha ritenuto opportuno proporre il metodo VEL ai rispettivi Comuni.
In un primo momento hanno aderito i comuni di Bolano e di Calice al Cornoviglio, in seguito quelli di S.Stefano Magra e Sarzana.
Attualmente, a seguito di una ordinanza del Presidente del Consiglio dei Ministri del Marzo 2003, il quadro normativo in materia di prescrizioni tecniche per le costruzioni in zona sismica è attualmente caratterizzato dalla contemporanea applicabilità del DM. LL. PP. Del 16/01/1996, emanato a fronte della legge 02/02/1974 n°64, e di suddetta Ordinanza n°3274 del 20 marzo 2003, recante
“Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica”.
A differenza dei precedenti interventi normativi in materia, l’Ordinanza n°3274/2003 è stata adottata in tempi molto ristretti, senza la tradizionale serie di consultazioni con gli organi istituzionali e l’acquisizione del parere tecnico dei soggetti interessati. Appena cinque mesi dopo la sua pubblicazione, i contenuti dell’Ordinanza hanno poi subito 122 correzioni con una seconda Ordinanza, la n°
3316 del 2 Ottobre 2003. L’applicazione dell’emendata Ordinanza 3274/2003, che avrebbe dovuto divenire obbligatoria a partire dall’otto Novembre 2004, è stata quindi differita di ulteriori sei mesi dall’Ordinanza n°3379 del 5 Novembre 2004.
Ad oggi, 8 Agosto 2005, dopo altre due Ordinanze di prolungamento dell’entrata in vigore, Ordinanza n°3431 del 3 maggio 2005 e l’ultima datata1 Agosto 2005 n°3452, si ritiene, dai dati raccolti, che possa entrare in vigore i primi di Ottobre 2005.
Le Norme tecniche, presenti in tali Ordinanze, disciplinano la progettazione e la costruzione di nuovi edifici, nonché la valutazione della sicurezza e gli interventi di adeguamento e miglioramento su edifici esistenti soggetti al medesimo tipo di azioni.
Lo scopo delle norme è di assicurare che in caso di evento sismico sia protetta la vita umana, siano limitati i danni e rimangano funzionanti le strutture essenziali
