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Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/2122/4453

Authors: Ladina, C.*
Title: studio della risposta sismica locale al sito di San Giuliano di Puglia (CB) attraverso l'analisi di dati empirici
Issue Date: Apr-2008
Keywords: effetti di sito, dati velocimetrici, anisotropia
stime empiriche effetti di sito
Abstract: Il 31 ottobre 2002 ha avuto inizio la sequenza sismica del Molise, caratterizzata da due eventi principali di moderata magnitudo che si sono succeduti nell’arco di poche ore. Il primo di essi, con magnitudo momento (Mw) pari a 5.7 (Chiarabba et al., 2005), è stato origine del crollo di una parte della scuola elementare “Francesco Jovine” a San Giuliano di Puglia (CB), dove hanno perso la vita 26 bambini e un’insegnante. La zona colpita non risulta essere mai stata sede di eventi paragonabili a quelli delle aree del promontorio del Gargano e della dorsale appenninica molisano-campana che la delimitano a oriente e ad occidente. I terremoti si sono verificati all’interno di un piccolo volume della crosta terrestre, su faglie trascorrenti destre localizzate fra 10 e 25 Km di profondità (Valensise et al., 2004; Chiarabba et al., 2005). La faglia ritenuta causa di questo terremoto sembra essere legata alla faglia della Mattinata, una faglia attiva che taglia il promontorio del Gargano con strutture est-ovest riconosciute sotto gran parte dell’ Appennino Meridionale (Valensise et al., 2004). L’epicentro della scossa del 31 ottobre è stato localizzato nella zona dei Monti Frentani in prossimità del comune di San Giuliano di Puglia. Questo centro urbano, che è risultato quello maggiormente danneggiato (Intensità Macrosismica IMCS=8-9), ha presentato un elevato grado di distruzione con crolli parziali e totali (Valensise et al., 2004). Il sito di San Giuliano di Puglia si trova sulla cima di una collina, su una formazione di calcarenite. Il centro urbano è edificato su una stretta dorsale orientata in direzione NNW-SSE e delimitata da due valli abbastanza incise che circondano tutto l’abitato fino alla loro confluenza, alla quota media di 450 metri s.l.m.. In sommità tale dorsale si presenta abbastanza spianata, con una blanda depressione al centro, una cosiddetta sella morfologica, caratterizzata da un dislivello di circa 10 metri (Puglia, 2007). Il centro storico, situato nella zona meridionale, sorge su una formazione flyschoide ed è risultata l’area meno danneggiata dal sisma; l’area di recente espansione è localizzata nella parte centro-settentrionale, lungo la sella morfologica costituita da terreni a prevalente componente argillosa, ed ha subito il maggior numero di danni. Il contatto tra le due unità principali di Toppo Capuana e flysch di Faeto risulta essere netto e probabilmente di origine tettonica e si presenta con immersione piuttosto ripida in direzione NE in prossimità del centro storico del paese, parte meridionale. La scossa di terremoto principale ha innescato una serie di scosse secondarie che il giorno seguente sono culminate con un altro terremoto di Mw 5.7 (Ml 5.3) (Chiarabba et al., 2005) che ha peggiorato i danni provocati dal precedente evento. Il terremoto del 1 novembre è avvenuto in un’area ubicata più ad ovest della precedente, nei pressi del centro abitato di Ripabottoni (IMCS=7). La sequenza sismica si è poi protratta per circa un mese; gli eventi che l’hanno caratterizzata sono stati registrati dalle stazioni accelerometriche e velocimetriche mobili installate da diversi enti nell’area dopo le scosse principali. A seguito della sequenza sismica molti studi sono stati svolti, sia in ambito scientifico che istituzionale, per caratterizzare e quantificare gli effetti di sito verificatesi nei comuni molisani colpiti dal sisma e in particolare nel Comune di San Giuliano di Puglia. Per effetti di sito si intendono le modifiche in ampiezza, durata e contenuto in frequenza che un moto sismico, relativo ad una formazione rocciosa di base, subisce attraversando gli strati di terreno fino alla superficie (Lanzo,1999). Dopo un terremoto, la loro valutazione degli effetti di sito è un elemento di fondamentale importanza sia per comprendere le possibili cause del danneggiamento osservato sia per pianificare adeguatamente i successivi interventi di ricostruzione. Il Dipartimento della Protezione Civile (DPC), a seguito dell’evento sismico, ha eseguito accurate indagini di tipo geologico, geotecnico e sismico nonché analisi dettagliate della vulnerabilità e del danneggiamento degli edifici nel centro abitato di San Giuliano di Puglia. Questi studi, coordinati dal Servizio Sismico Nazionale (SSN) del DPC, hanno portato alla microzonazione sismica dell’area urbana al fine della ricostruzione del centro abitato. Dettagliati studi di modellazione della risposta sismica locale sono stati svolti nell’ambito del Progetto S3 “Scenari di scuotimento e di danno in aree di interesse prioritario e/o strategico” (Progetto INGV-DPC, 2007). Per il Comune di San Giuliano di Puglia sono stati realizzati modelli 2D e 3D del suolo, utilizzati per riprodurre la sequenza sismica in superficie per una vasta area. I risultati hanno evidenziato forti amplificazioni, le cui caratteristiche sono determinate dall’elevato contrasto di impedenza sismica tra le formazioni del flysch e delle argille e dalle caratteristiche geometriche della sella morfologica. Oltre che con modelli teorici, gli effetti di sito a San Giuliano di Puglia sono stati indagati attraverso metodi empirici utilizzando le registrazioni delle reti sismiche temporanee installate a seguito degli principali eventi del 2002. Attraverso la tecnica dei rapporti spettrali standard (SSR) tra le componenti delle registrazioni provenienti da stazioni poste nella parte centrale dell’abitato di San Giuliano di Puglia rispetto a quelle di due stazioni di riferimento su roccia, Cara et al. (2005) hanno valutato le frequenze e le durate dell’amplificazione del moto sismico. I dati osservati hanno mostrato significative amplificazioni ad alta frequenza (>2Hz), le quali si mantengono invariate al di sopra della zona argilloso-marnosa; al contrario, il livello di amplificazione diminuisce nella parte corrispondente al centro storico di San Giuliano di Puglia, situato sulla formazione calcarea. Le amplificazioni osservate hanno mostrato andamenti molto complessi sia nel dominio del tempo che della frequenza: picchi di massima amplificazione a frequenze di circa 2 Hz appaiono nei primi secondi successivi all’arrivo dell’onda S, l’amplificazione si protrae nel tempo (circa 10 sec) raggiungendo frequenze maggiori ma attenuandosi in ampiezza. Strollo et al. (2007) hanno adottato la tecnica dei rapporti spettrali a singola stazione (HVSR), calcolando il rapporto tra la componente orizzontale e verticale di registrazioni accelerometriche raccolte in vari punti del paese. Questa indagine ha messo in evidenza una forte amplificazione del moto orizzontale in un sito posto vicino alla scuola di San Giuliano di Puglia, con una pronunciata espressione lungo la componente est-ovest. Ulteriori osservazioni, a nord dell’abitato di San Giuliano di Puglia, non hanno mostrato significative amplificazioni nel rapporto spettrale. Inoltre al sito posto a sud dell’area della scuola di San Giuliano di Puglia sono stati calcolati i rapporti spettrali su registrazioni di rumore sismico ambientale (NHVSR), applicando la tecnica empirica di Nakamura (1989). I rapporti NHVSR sono stati calcolati a partire dalla rotazione delle componenti del segnale sismico, mettendo in evidenza una direzione preferenziale dell’amplificazione del noise sismico, confermando la disparità di amplificazione sulle componenti nord-sud ed est-ovest rilevata negli HVSR calcolati sui terremoti. Lo scopo di questo lavoro di tesi si è basato sull’applicazione del metodo empirico HVSR a partire dai segnali degli eventi sismici della sequenza del Molise del 2002 registrati dalle reti temporanee installate all’interno dell’abitato di San Giuliano di Puglia. La prima fase operativa del lavoro è stato il reperimento di tutte le registrazioni sismiche e velocimetriche disponibili per il comune di San Giuliano di Puglia, effettuate da enti che avevano posizionato reti temporanee a seguito della scossa principale del 31 ottobre 2002, in periodi differenti. I dati utilizzati in questa tesi sono le registrazioni provenienti dall’ Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, sedi di Roma e Milano, l’Università della Basilicata e il Dipartimento della Protezione Civile. Successivamente sono state reperite le informazioni relative agli eventi sismici della sequenza che hanno dato luogo alle registrazioni, ottenute integrando i dati raccolti precedentemente in Cara et al. (2005) e quelli del bollettino sismico del Centro Nazionale Terremoti-INGV (www.ingv.it). È stato quindi realizzato un database inserendo le informazioni mancanti relative ai parametri focali di tutti gli eventi sismici dal 4 novembre 2002 al 29 novembre 2003 in modo da associarle ai dati relativi alle registrazioni sismiche. Per ogni data set di registrazioni raccolte da ciascun ente, è stato necessario reperire ed organizzare le informazioni relative alla strumentazione utilizzata per registrare i terremoti. Alla fine della raccolta di tutte le informazioni, il dataset utilizzato in questo lavoro è risultato composto di 208 eventi e relative registrazioni (1875). La seconda fase ha avuto come obiettivo quello di uniformare tutte le registrazioni sismiche in uno stesso formato. Per effettuare questa operazione sono state sviluppate alcune routine nell’ambiente di programmazione MatlabÒ. Come formato finale dei dati è stato scelto il formato realizzato nel Progetto INGV-DPC S6 (Luzi and Sabetta, 2006). Tale formato è composto da un file ASCII contenente 43 righe di intestazione seguite da una colonna di valori inerenti all’ampiezza del segnale di una singola componente del moto sismico. Una volta ottenuti i dati nello stesso formato si è passati all’analisi dei dati stessi con lo scopo finale di ottenere i rapporti spettrali HVSR sulle tracce di ogni stazione, sempre utilizzando delle routine create in MatlabÒ. In prima battuta è stato effettuato un processing dei segnali sismici eseguendo alcune operazioni numeriche (ad esempio detrending, filtraggio e tapering) e la correzione strumentale delle tracce tenendo presente le caratteristiche dei differenti acquisitori e sensori. Una volta ottenute le tracce corrette, per ognuno dei 208 eventi sismici è stato individuato il tempo d’arrivo della fase S attraverso l’operazione di picking, in modo da poter scegliere la finestra d’analisi. Dopo aver calcolato e memorizzato le tracce delle componenti orizzontali del moto ruotate con passo di 5°, sono stati restituiti gli spettri del segnale calcolati su una finestra d’analisi lunga 5 secondi a partire dall’onda S. Infine, per ogni evento, sono stati calcolati i rapporti spettrali HVSR per ogni azimuth di rotazione, prima di ottenere le medie degli HVSR su tutti gli eventi. Con le medie ottenute sono stati realizzati dei polarigrammi che riassumono la direzionalità e il contenuto in frequenza delle amplificazioni. I rapporti spettrali HVSR calcolati per ogni azimuth sono stati utilizzati per evidenziare le direzioni preferenziali di amplificazione in tutti i punti di osservazione lungo il particolare assetto geologico e strutturale che si ritrova nel Comune di San Giuliano di Puglia. I valori ricavati da queste ultime analisi hanno mostrato che i valori dei picchi HVSR ricadono in un intervallo di frequenza compreso tra 2.0 e 8.2 Hz. Inoltre i picchi HVSR evidenziano significative amplificazioni per quelle stazioni che si trovano nella parte centrale dell’abitato di San Giuliano di Puglia al di sopra della formazione argillosa e dei depositi detritici; al contrario le stazioni che si trovano sulla formazione calcarea non evidenziano forti amplificazioni. Analizzando i polarigrammi degli HVSR, si può dedurre che nei siti relativi alle stazioni posizionate sulla formazione calcarea non è presente una direzione di amplificazione preferenziale, la quale invece è evidente per i siti delle stazioni posizionate sui depositi argilloso-sabbiosi. Inoltre confrontando i valori degli azimuth, compresi tra 100° e 160° N, con la carta topografica e quella geologica si osserva che la direzione dell’amplificazione coincide con quella dell’asse della sella morfologica su cui è posizionato il paese di San Giuliano di Puglia (direzione NNW-SSE). Questo porta ad ipotizzare che la presenza della sella morfologica e il contrasto d’impedenza tra le formazioni litologiche inducono una focalizzazione del campo sismico longitudinalmente al centro abitato di San Giuliano di Puglia. In conclusione, il presente lavoro di tesi ha contribuito ad aumentare le conoscenze sugli effetti di sito che si sono manifestati in occasione degli eventi sismici del 2002 al sito di San Giuliano di Puglia. Uno dei contributi maggiori è stata l’ampia e completa raccolta di tutte le registrazioni sismiche effettuate all’interno dell’abitato di San Giuliano di Puglia, organizzando ed omogeneizzando i dati provenienti da differenti fonti. Questa operazione, effettuata per la prima volta su tali dati, ha permesso di evidenziare fenomeni dovuti alla complessità tridimensionale del sito analizzato, pur applicando un metodo d’analisi (il rapporto spettrale HVSR) abitualmente impiegato per spiegare caratteristiche monodimensionali degli effetti di sito.
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04.06.11. Seismic risk

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