Microzonazione sismica e forti stratificazioni antropiche Seismic microzonation and thick anthropic cover

M. Moscatelli (CNR IGAG) in collaborazione con A. Pagliaroli (CNR IGAG) e G. Raspa (SAPIENZA Univ. Roma)

Contenuti della presentazione

Definizione di “strato antropico”

Proposizione del problema

ICMS 2008, standard e strato antropico

Strato antropico e MS di livello 1 o Modello di sottosuolo o Deformazioni permanenti o Microzone omogenee in prospettiva sismica (MOPS)

Strato antropico e MS di livello 3 o Modello di sottosuolo o Fattori di amplificazione

Considerazioni conclusive e problemi aperti

Cosa intendiamo per “strato antropico”?

Palatino, modificato da Croci 2008

Cosa intendiamo per “strato antropico”?

Piccadilly Circus (Londra) da Fun 1901

Presentazione del probema Le aree con forte stratificazione antropica interessano, in particolare, i

centri storici delle città. In prospettiva, lo sviluppo delle megacities renderà queste aree molto diffuse anche nelle città “del futuro”.

La presenza di uno “strato antropico” di spessore elevato condiziona la risposta sismica locale e costituisce un elemento di criticità, poiché: o impedisce l’osservazione diretta del substrato geologico;

o può impedire la restituzione di una cartografia geologico-tecnica adeguata;

o l’eterogeneità interna condiziona l’amplificazione del moto sismico;

o condiziona la risposta del territorio in termini di deformazini permanenti.

Un’idonea caratterizzazione della coltre antropica, quindi, è fondamentale ai fini della preservazione del patrimonio culturale e, più in generale, della mitigazione del rischio sismico in aree caratterizzate da una forte pressione antropica.

modificato da Colombi et al. 2011

ICMS 2008, standard e strato antropico

Strato antropico e MS di livello 1

Aspetti critici

1. Mappatura degli spessori e della morfologia sepolta.

2. Restituzione della cartografia geologico-tecnica.

3. Codifica dei terreni di copertura di origine antropica in termini

di litotipi prevalenti.

4. Mappatura delle aree suscettibili a deformazioni permanenti.

5. Mappatura delle MOPS, microzone omogenee in prospettiva

sismica.

Strato antropico e MS di livello 1 Modello di sottosuolo: mappatura della coltre antropica (1)

Mappatura degli spessori della coltre antropica utilizzando la cartografia tematica disponibile in letteratura, ad integrazione dei dati di perforazione (esempio per la città di Roma).

da Funiciello 1995 da Ventriglia 1971

Strato antropico e MS di livello 1 Modello di sottosuolo: mappatura della coltre antropica (1)

Mappatura degli spessori della coltre antropica utilizzando la cartografia tematica disponibile in letteratura, ad integrazione dei dati di perforazione (esempio per la città di Roma).

da Ventriglia 1971

Strato antropico e MS di livello 1 Modello di sottosuolo: mappatura della coltre antropica (2)

Mappatura degli spessori della coltre antropica utilizzando la cartografia tematica disponibile in letteratura, ad integrazione dei dati di perforazione (esempio per la città di Roma).

Nei casi più complessi, oppure ove ci fosse bisogno di ridurre le incertezze associate al modello di sottosuolo, la mappatura della coltre antropica, sia in termini di spessore che di elementi morfologici sepolti, deve essere realizzata a partire dallo studio della cartografia storica, ad integrazione dei dati di perforazione (esempio per la città di Roma).

Progetto UrbiSIT, Deliverable D2.1, giugno 2012

Strato antropico e MS di livello 1 Modello di sottosuolo: mappatura della coltre antropica (2)

Mappatura degli spessori della coltre antropica utilizzando la cartografia tematica disponibile in letteratura, ad integrazione dei dati di perforazione (esempio per la città di Roma).

Nei casi più complessi, oppure ove ci fosse bisogno di ridurre le incertezze associate al modello di sottosuolo, la mappatura della coltre antropica, sia in termini di spessore che di elementi morfologici sepolti, deve essere realizzata a partire dallo studio della cartografia storica, ad integrazione dei dati di perforazione (esempio per la città di Roma).

Progetto UrbiSIT, Deliverable D2.1, giugno 2012

Strato antropico e MS di livello 1 Modello di sottosuolo: codifica dei litotipi

Il primo problema con cui ci si scontra nella caratterizzazione della coltre antropica, ai fini della MS di livello 1, è la codifica in sondaggio dei litotipi prevalenti.

Negli Standard 2.0 i terreni antropici di copertura non sono differenziati. Questo può costituire un elemento di forte criticità quando lo strato antropico (in termini di «pieni» e di «vuoti») rappresenta un corpo geologico di importanza primaria nella successione.

È possibile mappare le coltri di copertura antropica in termini di litotipi prevalenti?

h

s

h

h

h s

v

h

Riempimenti di cavità

Murature in mattoni e in calcestruzzo

Murature alterate

h: antropico; s: sedimentario; v: vulcanico

Strato antropico e MS di livello 1 Mappatura delle MOPS (1)

Zona 1

Zona 3 Zona 2

Zona 2

Zona 1

Zona 4

Zona 3

Zona 1

modificato da Moscatelli et al. 2011

Microzonazione sismica di livello 1 del Palatino (2010)

Strato antropico e MS di livello 1 Mappatura delle MOPS (2)

Microzonazione sismica di livello 1

del Palatino (2013): log di sintesi delle

MOPS

modificato da Moscatelli et al. 2013 e da Mancini et al. 2013 (in revisione)

2MS

Strato antropico e MS di livello 1 Mappatura delle MOPS (2)

Microzonazione sismica di livello 1

del Palatino (2013): log di sintesi delle

MOPS

modificato da Moscatelli et al. 2013 e da Mancini et al. 2013 (in revisione)

2MS

Strato antropico e MS di livello 1 Mappatura delle MOPS (3)

modificato da Mancini et al. 2013 (in revisione)

Microzonazione sismica di livello 1 del Palatino (2013)

Strato antropico e MS di livello 3

Aspetti critici

1. Mappatura degli spessori e della morfologia sepolta.

2. Restituzione della cartografia geologico-tecnica.

3. Codifica dei terreni di copertura di origine antropica in termini

di litotipi prevalenti.

4. Caratterizzazione meccanica dei terreni di copertura di

origine antropica.

5. Modellazione dell’amplificazione del moto sismico.

Strato antropico e MS di livello 3 Modello di sottosuolo: mappatura della morfologia sepolta (1)

0 m

5 m 5 m

10 m

1A

muratura

interro

No Man’s Land (Palatino) Integrazione di ERT, GPR, sondaggi a carotaggio continuo e stratigrafie di scavo archeologico per mappare la superficie di base della copertura antropica.

Strato antropico e MS di livello 3 Modello di sottosuolo: mappatura della morfologia sepolta (2)

10 m

15 m 15 m

20 m

2MS

muratura alterata

Schola Praeconum (Palatino) Integrazione di ERT, GPR, sondaggi a carotaggio continuo e stratigrafie di scavo archeologico per mappare le scarpate sepolte.

Strato antropico e MS di livello 3 Modello di sottosuolo: mappatura della morfologia sepolta (3)

modificato da Moscatelli et al. 2013

Mappe della superficie di base (a) e dello spessore (b) della coltre antropica presso il Palatino

Strato antropico e MS di livello 3 Modello di sottosuolo: restituzione della cartografia geologico-tecnica

modificato da Moscatelli et al. 2012, 2013

Superficie di base della coltre antropica (a) e

carta geologico-tecnica del substrato geologico (b)

Strato antropico e MS di livello 3 Modello di sottosuolo: caratterizzazione meccanica

Gradiente di VS nella coltre antropica (Palatino e aree limitrofe)

Strato antropico e MS di livello 3 Modellazione dell’amplificazione del moto sismico (1)

2

Fattori di amplificazione del moto sismico in termini di Intensità di Housner del Palatino.

Modellazione dell’amplificazione del moto sismico (2)

Strato antropico e MS di livello 3

Mappa del fattore di amplificazione del moto sismico in termini di Intensità di

Housner tra 0.1 e 0.5s.

Carta di microzonazione sismica di livello 3 del Palatino.

Strato antropico e MS di livello 3

Modello deterministico geologico e geotecnico

Modello stocastico di VS (20 simulazioni)

Modello deterministico del fattore di amplificazione FH del Palatino

Modellazione dell’amplificazione del moto sismico (3)

Strato antropico e MS di livello 3 Modellazione dell’amplificazione del moto sismico (4)

Ampl

ifica

tion

Considerazioni conclusive e problemi aperti (1)

In aree urbane caratterizzate da una forte stratificazione antropica la valutazione quantitativa degli effetti locali si realizza direttamente a livello 3 di microzonazione sismica.

Microzonazione sismica di livello 1 o Problema della restituzione della cartografia geologico-tecnica sulla topografia

attuale. o Problema della mappatura degli elementi morfologici sepolti. o Come integro le informazioni geologiche, geotecniche, geofisiche, storiche,

archeologiche e strutturali per mappare le zone con deformazioni permanenti? o È utile mappare il riporto in termini di spessori? Che altro mappare: età? o Come mappo lo spessore della copertura antropica? Attraverso metodi speditivi

qualitativi oppure usando metodi quantitativi? o Come definisco i litotipi prevalenti nella coltre antropica? Integrazione degli standard? o Come definisco lo “spessore critico” delle coperture antropiche utile ai fini della

mappatura delle microzone omogenee in prospettiva sismica?

Microzonazione sismica di livello 1 del Municipio Roma Centro Storico. Attuazione art. 11 della legge n. 77 del 24 giugno 2009.

Spessore critico della coltre antropica - Roma centro

Microzonazione sismica di livello 1 del Municipio Roma Centro Storico. Attuazione art. 11 della legge n. 77 del 24 giugno 2009.

Spessore critico della coltre antropica - Roma centro Mappa dello spessore della coltre antropica

Microzonazione sismica di livello 1 del Municipio Roma Centro Storico. Attuazione art. 11 della legge n. 77 del 24 giugno 2009.

Spessore critico della coltre antropica - Roma centro Microzone omogenee in prospettiva sismica (MOPS)

I dati relativi ai danni provengono da Ambrosini et al. (1986), Donati et al. (1999), Donati (2000), Bozzano et al. (2011).

Considerazioni conclusive e problemi aperti (2)

Microzonazione sismica di livello 3 o Problema della restituzione della cartografia geologico-tecnica sulla topografia

attuale. o Problema della mappatura degli elementi morfologici sepolti. È importante per una

corretta modellazione degli effetti locali. o Mappare obbligatoriamente la coltre antropica con metodi quantitativi? o È funzionale caratterizzare la coltre antropica in termini di litotipi prevalenti per

poterne valutare la risposta sismica? o Come caratterizzo le zone suscettibili di deformazioni permanenti? o Come integro correttamente i metodi di osservazione diretta e le prospezioni indirette?

Come ottimizzo il piano delle indagini? o È corretto modellare la coltre antropica in termini di valori medi dei parametri

meccanici? È più utile valutare la variabilità dei parametri meccanici rilevanti? o Quando modellizzo l’amplificazione del moto sismico posso sottostimare

l’amplificazione e la sua variabilità laterale. Come tengo conto di questo quando realizzo la carta di MS di livello 3? Ha senso realizzare una sola carta di livello 3 per tutti gli intervalli di frequenza, in questi casi?