Incontro Annuale dei Ricercatori di Geotecnica 2004 - IARG 2004 Trento, 7-9 luglio 2004

d’Onofrio A., Pierri M., Santucci de Magistris F. & Sica S.

ANALISI DELLA RISPOSTA SISMICA LOCALE A SEGUITO DEL TERREMOTO DEL SANNIO DEL 1688 NELLA CITTÀ DI

BENEVENTO

Anna d’Onofrio, Michele Pierri, Filippo Santucci de Magistris, Stefania Sica Università degli Studi di Napoli Federico II, Dipartimento di Ingegneria Geotecnica donofrio@unina.it, pierrimichele@hotmail.com, filsantu@unina.it, stefsica@unina.it

Sommario

Questa nota tratta della risposta sismica locale del comune di Benevento eseguita, con metodi di tipo numerico, a partire dallo scenario sismico prodotto dal terremoto del Sannio del 1688.

Introduzione Da alcuni anni, il Dipartimento di Ingegneria Geotecnica dell’Università degli Studi di Napoli è impegnato, in collaborazione con diversi gruppi di ricerca, in progetti finalizzati alla stima ed alla riduzione del rischio sismico nella città di Benevento. In tale ambito, quest’articolo sintetizza uno studio di risposta sismica locale a scala comunale effettuato utilizzando come scenario sismico il terremoto del Sannio del 5 giugno 1688. Qui non si darà conto del modello geotecnico del territorio di Benevento, che pure gioca un ruolo determinante negli studi di zonazione sismica, ma che è oggetto di un’altra comunicazione in questo incontro (d’Onofrio et al., 2004), quanto piuttosto ci si concentra sullo scenario sismico e sulla metodologia di analisi e di interpretazione delle simulazioni numeriche utilizzate per la zonazione.

Lo scenario sismico Il terremoto del Sannio del 1688 è uno degli eventi sismici più distruttivi che hanno colpito l’Italia. In base al Catalogo Parametrico dei Terremoti Italiani (Boschi et al., 1999), l’evento è caratterizzato da una massima intensità sismica Imax= XI1, cui corrisponde una magnitudo macrosismica M≅7.1. L’epicentro è a circa 40 km NNE da Benevento; in città l’intensità sismica stimata è IBN = IX. Al terremoto del 1688 è legato tra l’altro il famoso episodio del miracolo operato da S. Filippo Neri che coinvolse direttamente il Card. Francesco Maria Orsini, Arcivescovo di Benevento, poi Papa Benedetto XIII2. In via preliminare è stata eseguita un’analisi dei dati macrosismici, geologici, geomorfologici, paleosismici, e sismologici, finalizzati alla definizione dei parametri di sorgente necessari alla caratterizzazione delle faglie, con un relativo campo di variabilità. Il terremoto è stato poi simulato per mezzo di una serie di 150 sismogrammi sintetici per ognuna delle tre componenti del moto (Iannaccone et al., 2002). Ogni sismogramma, rappresentativo del moto al bedrock,

1 Ad ore 20 del 5 giugno si ebbe un primo gagliardo scuotimento cui tenne dietro, un quarto d’ora dopo, un secondo che riuscì fatale a Benevento ed a molte città di questa provincia che delle circonvicine; causò pure anche gravi danni a Napoli e lievemente fu sentito anche in Roma… Questa scossa fu istantanea e dal Sarnelli paragonata allo scoppio di una grande mina: da quanto pare in Benevento deve essere stata in predominanza verticale… (Baratta, 1979) 2 Il Cardinale racconta: "I miei familiari mi dicono, che Io sia stato sotto le rovine per lo spazio di un’ora, o di un’ora, e mezza, ma à me per nuova grazia non parve d’esservi dimorato, che per lo spazio d'un quarto d’ora, venne intanto il Padre Lettore Buonaccorti del mio ordine, chiamandomi sopra quei mucchi di sassi ed Io l’udii subbito, ed egli sentì la mia voce, benché non distinguesse le mie parole ed insieme col signor canonico Paolo Farella cominciarono a diseppelirmi, ed appresso sopraggiunsero due altri, coll’aiuto de’ quali mi cavarono de’ sassi…. Diseppelllito che fui il detto Signor Canonico mi trovò sotto il capo l’accennata immagine del mio santo avvocato"

Incontro Annuale dei Ricercatori di Geotecnica 2004 - IARG 2004 Trento, 7-9 luglio 2004

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-0.20

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0.25

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20tempo, t (s)

acce

lera

zion

e, a

(g)

è stato quindi prodotto considerando diversi processi di rottura sulla faglia sismogenetica ritenuta responsabile dell’evento in questione. La componente orizzontale del moto con il valor medio della PGA maggiore (quella NS nel caso specifico) è stato impiegata di seguito nelle analisi. La Figura 1 mostra una tipica storia temporale delle accelerazioni. Le Figure 2(a) e 2(b) mostrano invece la distribuzione

statistica della PGA e dell’intensità di Arias per tutti gli eventi, mentre lo spettro di risposta delle accelerazioni per tutti i sismogrammi è in Figura 3.

Metodologia di zonazione Le modifiche che il moto sismico subisce nel propagarsi dal bedrock verso la superficie, legate alle condizioni stratigrafiche del sottosuolo e alle proprietà meccaniche dei terreni sono state valutate attraverso il codice EERA (Bardet et al., 2000). Questo codice opera nel dominio delle frequenze ed ipotizza il terreno come un continuo monofase del tipo lineare-equivalente. Il programma usa le stesse procedure impiegate nel ben noto codice Shake e quindi richiede la conoscenza di spessore, densità, rigidezza e fattore di smorzamento degli strati costituenti il deposito. Le analisi sono state effettuate in corrispondenza di 19 verticali distribuite all’interno del territorio comunale (Figura 5 parte sin.) dove si ha conoscenza diretta del profilo di velocità delle onde di taglio. La validità dell’assunzione di condizioni monodimensionali nelle analisi, seppure la città di Benevento presenti una qualche irregolarità topografica e stratigrafica, è confermata dal

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.40

10

20

30

40

50

Num

ero

di e

vent

i

Accelerazione orizzontale di picco, PGA (g)

1

5

20

40

60

80

95

99

99.90.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

Freq

uenz

a cu

mul

ata

0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.0250

10

20

30

40

50

Num

ero

di e

vent

i

Intensità di Arias, Ia (m/s)

0.1

1

10

40

70

95

99.5

0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025

Freq

uenz

a cu

mul

ata

Figura 2 Distribuzione statistica di PGA ed intensità di Arias per gli accelerogrammi sintetici

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

3.00

0.01 0.1 1 10perido, T (s)

Acc

eler

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pettr

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Sa

(g)

Figura 1 Tipica storia temporale delle accelerazioni in un sismogramma sintetico

Figura 3 Spettri di risposta per gli accelerogrammi sintetici

(a) (b)

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confronto tra le funzioni di amplificazione ottenute in tale ipotesi sia con quelle di analisi 2D (d’Onofrio et al., 2002) che con quelle sperimentali derivanti da registrazioni di microtremori e di sismicità di basso livello (Improta et al., 2002). Come indicato in precedenza, lo scenario sismico è espresso da 150 sismogrammi sintetici. Si è quindi ricercato un criterio per non eseguire 150 analisi per ognuna delle 19 verticali. In primo luogo, è stato notato che tutti i parametri numerici estratti dagli accelerogrammi sintetici sono distribuiti approssimativamente secondo una legge gaussiana, come si può osservare per la PGA e l’intensità di Arias dall’istogramma e dalla carta della probabilità in figura 2. In seguito, dall’insieme dei sismogrammi sintetici è stato scelto un campione di 15 elementi. Il campione non è stato estratto con criteri casuali, ma in modo che mantenesse i valori medi e di scarto quadratico medio dei relativi parametri numerici rappresentativi quanto più prossimi possibili a quelli di tutto l’insieme dei dati. Il campione estratto è stato sottoposto a prove di adattabilità ed al test del χ2 per confermarne la validità. I risultati dei test sono riportati nella tabella I. Infine, in sei verticali le analisi numeriche sono state effettuate utilizzando l’insieme completo ed il campione scelto di accelerogrammi sintetici. La distribuzione dei parametri numerici rappresentativi e gli spettri di risposta ottenuti in due casi sono molto vicini, a conferma ulteriore della validità della scelta effettuata (Pierri, 2003).

Santucci de Magistris et al. (2004) sottolineano come le analisi di zonazione sismica, sebbene dovrebbero in linea di principio essere finalizzate a produrre una distribuzione locale di accelerogrammi a piano campagna, siano più convenientemente effettuate valutando la distribuzione locale di parametri sintetici del moto sismico. Ciò riduce la soggettività nel creare microzone omogenee sulla base

del solo confronto tra accelerogrammi o spettri di risposta. I parametri del moto sismico, ed in particolare quelli di tipo integrale come l’intensità di Arias o l’accelerazione rms, che possono essere ottenuti direttamente dalle storie temporali delle accelerazioni calcolate a piano campagna, possono essere più efficaci per creare delle microzone, perché riassumono in un unico valore numerico le caratteristiche del moto. Generalmente poi, i parametri integrali del moto sono direttamente correlati al contenuto energetico del sismogramma.

Analisi dei risultati Le figure 4 mostrano la distribuzione nella città di Benevento del valore medio e della derivazione standard dei valori della PGA, del fattore di amplificazione e dell’intensità di Arias ottenute a partire dall’insieme ridotto degli accelerogrammi sintetici. La figura 5 mostra invece gli spettri di risposta medi. Complessivamente si osservano notevoli variazioni del moto sismico nella città. Il territorio comunale può essere distinto in almeno quattro zone (Santucci de Magistris et al., 2004) raggruppando aree con una pericolosità sismica omogenea, sia in termini di spettri di risposta che attraverso la distribuzione dei parametri numerici rappresentativi del moto sismico. Si noti come il terremoto del 1688 sia particolarmente severo: in alcune aree i sismogrammi ottenuti raggiungono valori di PGA superiori al all’accelerazione di gravità ed accelerazioni spettrali anche di 3 g. Ciò però non sorprenda il lettore sia in ragione dell’elevata accelerazione simulata al bedrock, che per la natura stratigrafica e le proprietà meccaniche dei terreni di Benevento, in grado di amplificare notevolmente alcune componenti del moto sismico.

PGA PGV Ia χχχχ2 6.53 9.54 18.04 νννν 12 12 12

χχχχ20.95 21.00 21.00 21.00

χχχχ20.05 3.07 3.07 3.07

χχχχ2<χχχχ20.95 VERO VERO VERO

χχχχ2>χχχχ2005 VERO VERO VERO

Tabella I. Test statistici sul campione ridotto di accelerogrammi sintetici.

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Interq. Ovest

RufinaP. Guerrazzi

AT4AT8AT6

AT1AT2

AT3Enel

Asse S10Asse S3

Asse S1

Viad. SS9Viad. SS3

Viad. SS11

Ponte1

Ponte2Galanti

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

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4

0.01 0.1 1 10periodo, T (s)

acce

lera

zion

e sp

ettra

le, S

a (g

)

PontePonte 2GalantiAsse SS11Asse SS9Asse SS3GuerrazziAvellola AT8Avellola AT6Avellola AT4Avellola AT3AvellolaAT2Avellola AT1Asse S10Asse S3Asse S1Asse Interq. OvestRufinaEnelInput

1.953 ± 0.072

2.941 ± 0.0135.633 ± 0.048

3.716 ± 0.0833.40 ± 0.209 3.244 ± 0.133

1.801 ± 0.199

1.842 ± 0.1101.383 ± 0.0752.308 ± 0.039

5.52 ± 0.0573.556 ± 0.112

4.722 ± 0.030

2.904 ± 0.2071.729 ± 0.023

1.443 ± 0.126

2.40 ± 0.043 2.365 ± 0.062

1.366 ± 0.027

Amplificationfactor

0.056 ± 0.038

0.022 ± 0.0150.015 ± 0.010

0.084 ± 0.0410.058 ± 0.0340.058 ± 0.029

0.047 ± 0.019

0.050 ± 0.019

0.044 ± 0.0140.009 ± 0.007

0.006 ± 0.0040.007 ± 0.004

0.019 ± 0.015

0.068 ± 0.0290.006 ± 0.003

0.043 ± 0.015

0.0059 ± 0.0034

0.0060 ± 0.0036

0.0058 ± 0.0035

Arias Intensity

Bibliografia Baratta M. (1979). I terremoti d'Italia. Saggio di storia, geografia e bibliografia sismica italiana. Arnaldo Forni Ed. Bardet J.P., Ichii K. & Lin C.H. (2000). EERA A Computer Program for Equivalent-linear Earthquake site Response Analyses of Layered Soil Deposits, University of South California, Los Angeles Boschi E. et al. (1999). Catalogo parametrico dei terremoti italiani, www.emidius.mi.ingv.it/CPTI d’Onofrio A., Santucci de Magistris F., Garofalo S. & Sica S. (2002). Contributo alla valutazione della vulnerabilità sismica del comune di Benevento. IARG 2002, Napoli d’Onofrio A., Penna A. & Santucci de Magistris F. (2004). Potenzialità dell'utilizzo di un sistema GIS nell'analisi della risposta sismica locale: il caso di Benevento. IARG 2004, Trento.

Iannaccone G. (2002) Traiano – Progetto per la stima e la Riduzione della Vulnerabilità dell’ambiente costruito Relazione scientifica sulle attività di secondo anno Task II.

Improta L., Di Giulio G. & Rovelli A. (2002). Local Site Effects in the City of Benevento (Southern Italy) using Waek-motion and Microtremor Recordings. EGS XXVII General Assembly, News Letter Abstract, Nice, France Pierri M. (2003) Metodi di zonazione sismica di terzo livello: il caso di Benevento. Tesi di Laurea, Università degli Studi di Napoli Federico II Santucci de Magistris F., d’Onofrio A. & Sica S. (2004) A step into the definition of the seismic risk for the city of Benevento (Italy). Proc. of the Fifth Inter. Conference on Case Histories in Geotechnical Engineering (Prakash Ed.), New York, NY.

Figura 5 Valore medio dello spettro di riposta in alcuni siti della città di Benevento.

Figura 4. Distribuzione in Benevento di media e scarto di PGA, fattore di amplificazione e intensità di Arias.

PGA