Il terremoto di Amatrice del 24 agosto 2016: la valutazione della risposta sismica

L’evento sismico del 24 agosto 2016

Nell’ultimo decennio l’Italia ha subito gravi sequenze sismiche, come il terremoto dell’Aquila (2009), Emilia (2012) e Italia centrale (2016-2017) che hanno causato notevoli danni sul patrimonio edilizio (pubblico e privato), sulle infrastrutture e sulle reti di distribuzione, anche sui beni culturali. Una zona molto estesa dell’Italia centrale, a partire dall’estate del 2016, è stata colpita da uno sciame sismico di notevole importanza con oltre 50.000 scosse e mainshock con magnitudo momento superiore a 5.5.

L’evento sismico del 24 agosto 2016 si è verificato in un’area con il più alto rischio sismico in Italia con epicentro a 8,1 km di profondità. Pertanto, l’evento sismico può essere classificato come un terremoto near-fault. Occorre evidenziare che dal punto di vista geologico, Amatrice si sviluppa su una terrazza alluvionale estesa in direzione NO-SE con una lunghezza di circa 2000 m e una larghezza massima di circa 600 m.

Poco dopo il primo evento principale, sono stati condotti studi di microzonazione sismica per identificare zone stabili soggette ad amplificazione locale del movimento sismico e zone soggette a instabilità. È stato riscontrato che l’amplificazione del moto del suolo ha raggiunto i suoi valori massimi nel centro storico con una frequenza di risonanza di circa 2,0-2,5 Hz, in accordo con la distribuzione dei danni causati dal terremoto.

Durante il mainshock, la stazione accelerometrica di Amatrice (AMT) della rete accelerometrica italiana (RAN) posizionata a 10 km dall’epicentro su un suolo di tipo B ha registrato i valori più alti del moto al suolo che ha ampliamente superato lo spettro ottenuto dalla Normativa italiana.

Inoltre, le accelerazioni acquisite dalla stazione AMTS dell’Osservatorio Sismico delle Strutture gestito dal Dipartimento della Protezione Civile (OSS) hanno permesso di calcolare una media realistica delle registrazioni AMT e AMTS, corrette da possibili errori che hanno indotto una sottostima delle reali accelerazioni soprattutto nella stazione AMTS.

Mappe di microzonazione e fattori di amplificazione

La microzonazione sismica (SM) svolge un ruolo cruciale nella ricostruzione, nella riduzione e gestione del rischio sismico in quanto identifica la risposta locale del sottosuolo in ogni area in termini di parametri di intensità di scuotimento del suolo.

La normativa italiana stabilisce uno studio di microzonazione sismica costituito da tre gradi di approccio alla zonazione, dal livello preliminare (SM1) al livello avanzato (SM3). I fattori di amplificazione (Af) rappresentano il rapporto tra lo scuotimento sismico, valutato per la condizione geo-litologica specifica e il corrispondente scuotimento relativo alla categoria di sottosuolo A. Quest’ultimo è definito nella tabella 3.2.II delle Norme Tecniche per le Costruzioni, NTC (2008).

Gli Af sono definiti per tre diversi periodi: T1 = 0,1-0,5 s; T2= 0,4-0,8 s e T3=0,7-1,1 s selezionati considerando i periodi fondamentali tipici degli edifici nell’area studiata.

La mappa di microzonazione sismica del comune di Amatrice relativa al periodo 0,1-0,5 s è mostrata in Figura 1.

Oltre alle stazioni AMT e AMTS, in figura sono indicati due luoghi in cui si è verificato un elevato livello di danno, A e B.

Occorre sottolineare che sebbene la stazione AMT sia appena fuori dal bordo della mappa di microzonazione, è stato ragionevole assumere il fattore di amplificazione più vicino.

Poiché gli intervalli del periodo considerati per definire gli Af sono sovrapposti (in particolare tra 0,4-0,5 s e 0,7-0,8 s) è stato implementato un metodo di interpolazione lineare per calcolare gli Af negli intervalli 0,1-0,4 s, 0,5-0,7 s e 0,8-1,0 s, evitando così la sovrapposizione. Per simulare la risposta sismica nei punti A e B, le misurazioni registrate nelle stazioni AMT e AMTS vengono moltiplicate per un nuovo fattore amplificato (NAf) normalizzato.

Ad esempio, il NAf del punto A dalla stazione AMT nell’intervallo 0,1-0,4s viene calcolato come:

dove x è il punto analizzato (ad esempio A) e y è il punto sorgente (ad esempio AMT).
I NAf ottenuti sono indicati nella Tabella 1.

I NAfs sono utilizzati per amplificare le accelerazioni pseudo-spettrali negli intervalli di periodo non sovrapposti (0,1-0,4 s; 0,5-0,7 s; 0,8-1,0 s). Queste sono state ricavate partendo dalle accelerazioni note registrate nelle due stazioni AMT e AMTS. La Figura 2 mostra gli spettri di risposta così calcolati nei punti A e B (vedi Figura 1) attraverso la sequenza registrata nella stazione AMT.

Osservazioni sulla stazione AMTS

La registrazione nella stazione AMTS mostra dei dati sottostimati rispetto alle reali accelerazioni indotte dal terremoto.

In primo luogo, la prova sostanziale è data dal fatto che l’accelerometro installato aveva un fondo scala di 0,5 g ed era quindi in grado di misurare con precisione accelerazioni fino a questo valore con la possibilità di cogliere valori di accelerazione fino al 30% superiori al fondo scala, cioè fino a 0,65 g.

Studi effettuati sull’evento sismico hanno confermato che la misura sismica fornita dalla stazione AMTS sottostima l’azione reale (in termini di PGA) di un fattore pari a circa 1,45 (Todrani, A., and Cultrera, G., Near-source simulation of strong ground motion in Amatrice downtown including site effects. Geosciences, 2021. 11(5): p.186.). Pertanto, gli spettri di risposta elastica ottenuti da AMTS devono essere corretti, cioè amplificati di un fattore correttivo di 1,45.

Secondo lo studio di microzonazione sismica di terzo livello (MS3), gli spettri di risposta elastica per AMTS ottenuti da AMT devono essere amplificati per un NAf pari a 1,5.

Le direzioni geometriche medie degli spettri elastici per AMTS sviluppati da (i) accelerazioni amplificate registrate alla stazione AMT e (ii) accelerazioni corrette registrate alla stazione AMTS sono mostrate in Figura 3.

Confronto con i codici sismici italiani

Le pseudo accelerazione misurate sono state confrontate con gli spettri di progetto elastici forniti dal DMIT 2018 per tre periodi di ritorno diversi (TR), cioè 475, 975 e 2475 anni, che corrispondono alle probabilità di superamento in 50 anni pari al 10%, 5% e 2% rispettivamente e calcolati con uno smorzamento al 5%. I confronti sono presentati in Figura 4, dove per ogni stazione viene riportato lo spettro delle componenti orizzontali. Gli spettri forniti dal DMIT 2018 sono calcolati per la categoria di suolo EC8, vale a dire classe di suolo B per AMT e AMTS (non corretto) e categoria topografica T1. I risultati ottenuti evidenziano che nel periodo 0-0,5 s di interesse per gli edifici, i record registrati presso la stazione AMTS_NS (non corretti) superano gli spettri di progetto anche per TR = 2475.

Inoltre, gli spettri AMT_EW superano ampiamente, nel range di periodo del plateau, il periodo di ritorno di 2475 anni. È anche interessante concentrarsi sulla media della media geometrica direzionale (ovvero combinazione tra Est-Ovest e Nord-Sud) tra AMT amplificato e AMTS corretto (linea blu in Figura 4). In effetti, la media supera lo spettro per un TR = 2475 nell’intero periodo considerato (0-2 s).

Ulteriori spunti di approfondimento

Gli spettri in pseudo-accelerazione hanno mostrato valori elevati nei periodi bassi (fino a 0,6 s). Le alte accelerazioni registrate nella stazione AMT potrebbero essere dovute a movimenti nell’area vicina. Un effetto simile è stato osservato anche per il terremoto dell’Aquila del 2009. Cosa possiamo concludere?

• Il confronto tra l’accelerazione e gli spettri di progetto da normativa ha evidenziato che durante il sisma del 24 agosto 2016 gli spettri potrebbero essere approssimati con uno spettro di progetto per un periodo di ritorno di 1424 anni nell’intervallo di periodo 0,1-0,4 s.
• Sulla base dei risultati ottenuti, è possibile concludere che la stima fornita dall’utilizzo delle NTC 2018, qualora non si considerassero i fattori di amplificazione forniti dalla micronizzazione nell’intervallo di periodo esaminato, cioè 0,1-2,0 s, è fortemente più bassa di quanto probabilmente sperimentato durante la scossa principale al centro di Amatrice.

Testo tratto da una Memoria del Congresso ASSISI