Analisi della risposta sismica locale in condizioni complesse di sottosuolo: il caso di Castelnuovo (AQ)

A seguito dell’evento sismico della conca aquilana del 6.IV.2009, il centro abitato di Castelnuovo (comune di S. Pio delle Camere) distante oltre 20km dall’epicentro, ha mostrato risentimenti associabili ad una intensità macrosismica IX-X (Camassi et al., 2009. L’intenso danneggiamento trova giustificazione nella particolare risposta sismica del colle su cui sorge l’edificato, così come nella vulnerabilità dello stesso. Un primo approfondito studio della risposta sismica del colle di Castelnuovo, eseguito in ambito di micro-zonazione dell’area aquilana, ha evidenziato che gli effetti di amplificazione topografica e stratigrafica agiscono in intervalli di frequenza differenti, in misura tale da poter essere distinti semplicemente in base alla scelta del parametro di quantificazione dello scuotimento in superficie (Lanzo et al. 2011). Nello specifico, gli effetti di amplificazione topografica sono evidenti solo negli andamenti del fattore di amplificazione dell’intensità di Housner calcolata integrando la pseudo-velocità spettrale nell’intervallo di periodi T=0.7-1.3s, in cui ricade la prima frequenza propria di vibrazione del colle e completamente assenti nel fattore di amplificazione dell’accelerazione di picco (Lanzo et al. 2011) Studi di dettaglio del danneggiamento indotto all’edificato, eseguiti in ambito di micro-zonazione (Borghini et al. 2011), hanno ipotizzato l’incidenza, sul danno rilevato, del sistema di cavità ipogee che sottende la quasi totalità degli edifici presenti sul versante Sud del colle. Generalmente, le zone interessate da cavità ipogee sono fortemente instabili e le conseguenze sulla sicurezza statica dei manufatti sono ben note: lesioni o crolli degli edifici, per effetto di subsidenza o voragini. Il moto sismico mediamente trasmesso in superficie non dovrebbe però in linea di principio risultare amplificato dalla presenza di vuoti nel sottosuolo. Lo scuotimento potrà essere però caratterizzato da una distribuzione non uniforme degli effetti inerziali sulle costruzioni, e da concentrazione di fenomeni deformativi localizzati nei diaframmi di terreno tra cavità e cavità ed in volta. Sempre in ambito di micro-zonazione sismica, una prima caratterizzazione geotecnica dei limi di cui è costituito il colle (limi bianchi della formazione di San Nicandro) ha evidenziato il legame tra le peculiarità microstrutturali delle due facies individuate, distinguibili per il diverso contenuto in argilla, ed il comportamento meccanico, in particolar modo quello a piccole e medie deformazioni. Alla luce delle conoscenze acquisite da studi precedenti in merito alle caratteristiche geologiche, morfologiche e di risposta sismica (Gruppo di Lavoro MS-AQ 2010, Lanzo et al. 2011), s’individuano tre livelli di complessità che incidono sulla risposta sismica del colle, ognuno dei quali definisce un ambito di ricerca sostanzialmente indipendente (Capitolo I) Questo lavoro, in linea di principio orientato a un’analisi di scenario sismico al sito di Castelnuovo, è stato quindi articolato in modo da dare spazio alla ricerca nei tre ambiti, sfruttando le naturali connessioni tra questi per definire un modello geotecnico maggiormente rappresentativo della realtà al sito. La prima parte del lavoro si propone di quantificare l’incidenza della presenza di cavità ipogee sullo scuotimento indotto in superficie (Capitolo II). Da una disamina della letteratura esistente, è stato sviluppato un articolato studio parametrico finalizzato all’identificazione dei parametri geometrici che influenzano la propagazione di onde sismiche in sottosuoli semplificati, in presenza di cavità di geometria nota. I risultati hanno avvalorato la scelta d’introdurre le cavità all’interno di un modello geometrico tridimensionale per un’analisi di risposta sismica alla scala del colle. Il comportamento meccanico a piccole, medie e grandi deformazioni, dei limi bianchi di Castelnuovo, è stato studiato sviluppando una serie d’indagini di laboratorio su campioni prelevati in sito (Capitolo III), finalizzate a: - ottenere informazioni sufficienti alla taratura di modelli costitutivi da usare nelle analisi numeriche di risposta sismica locale; - confermare la correlazione tra la complessa microstruttura di questo materiale e l’atipicità del suo comportamento meccanico. Il segnale accelerometrico per l’analisi di scenario è stato ricostruito dalla registrazione dell’evento del 6 Aprile 2009 effettuata in prossimità dell’epicentro, attraverso un modello d’attenuazione opportunamente selezionato (Capitolo IV). Le analisi numeriche di risposta sismica locale sono state sviluppate in modo da evidenziare gli effetti dei livelli di complessità individuati (Capitolo V). A tal fine, sono state eseguite simulazioni su un modello numerico tridimensionale del colle, generato dal quadro geo-morfologico prodotto in ambito di micro-zonazione, e progressivamente completato con le informazioni derivate dallo studio parametrico e da quello sui limi bianchi. I risultati sono stati resi in termini di distribuzione ed andamenti del fattore di amplificazione dell’accelerazione di picco, e dell’intensità di Housner, coerentemente con gli studi precedenti (Lanzo et al. 2011). Il lavoro svolto si colloca nell’ambito del macrotema MT1 ‘Risposta sismica locale e lifelines’ (coordinatore Francesco Silvestri) della linea trasversale geotecnica relativa alla convenzione di ricerca ReLUIS – Dipartimento di Protezione Civile 2011-2013.