INGV, IL TERREMOTO DI CASAMICCIOLA DEL 21 AGOSTO 2017: OSSERVAZIONI SUL MOTO DEL SUOLO

Il terremoto di magnitudo ML 3.6±0.2, MD 4.0±0.3 avvenuto il 21 agosto 2017 alle ore 20:57 italiane è stato localizzato in prossimità del comune di Casamicciola Terme, nell’Isola di Ischia: latitudine 40.74°, longitudine 13.90°, profondità di circa 2 km. Si tratta di un evento molto superficiale, non raro in corrispondenza di aree vulcaniche.

I danni all’edificato sono stati ingenti nell’area di Casamicciola. Qui si sono verificati anche crolli parziali e totali come riportato dal Report del Gruppo QUEST dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) che ha effettuato il rilievo macrosismico. Il Gruppo QUEST attribuisce a Casamicciola Terme, Fango (Lacco Ameno) e Marina di Casamicciola rispettivamente un’intensità EMS ((European Macroseismic Scale [Grünthal, 1998] ) pari a VIII, VII e VI, mentre tutte le altre località dell’Isola sono state valutate tra EMS IV e V (QUEST, 2017).

Di seguito le analisi dei dati accelorometrici, degli effetti di sito e le Shakemaps.

Dati registrati e confronto con modelli predittivi del moto del suolo

Le stazioni sismiche operanti sull’Isola di Ischia sono ubicate in 4 punti:

  • IOCA, presso l’Osservatorio Casamicciola, Ischia
  • IFOR a Faro Punta Imperatore, Ischia
  • IMTC sul Monte Corvo, Ischia
  • CAI presso il Castello Aragonese

Epicentro del terremoto del 21 agosto 2017 (la stella gialla) e stazioni sismiche (triangoli rossi) installate sull’Isola di Ischia. Alle stazioni IOCA, IMCT e IFOR sono affiancate stazioni velocimetriche a corto periodo analogiche.

La stazione IOCA è equipaggiata con un sensore velocimetrico a larga banda e un accelerometro, mentre le stazioni IFOR e IMTC sono dotate di sensore velocimetrico a larga banda. A queste tre stazioni si affiancano strumenti analogici. La stazione CAI è infine dotata di un solo sensore analogico. La stazione IOCA ha registrato sia il segnale velocimetrico, superando il valore soglia dello strumento, sia il segnale accelerometrico con un picco di accelerazione (PGA, Pick Ground Acceleration) di circa 28% g e un picco di velocità (PGV, Peak Ground Velocity) di 18 cm/s.

Epicentro del terremoto del 21 agosto 2017 (stella gialla) e stazioni sismiche (triangoli) della Rete Sismica Nazionale entro i 50 km dall’epicentro (http://esm.mi.ingv.it). I colori dei triangoli indicano gli intervalli di PGA registrati a ciascuna stazione.

Il quadro completo dei segnali registrati dalle stazioni sismiche della Rete Sismica Nazionale entro i 50 km dall’epicentro è mostrato nella figura sopra. I segnali sono disponibili al sito http://esm.mi.ingv.it.

Registrazione accelerometrica alla stazione IOCA. In alto la componente Est-Ovest (picco di accelerazione = 272 cm/s2, che corrispondono a 28% g), al centro la componente Nord-Sud (picco di accelerazione = 191 cm/s2, che corrispondono a 19% g), in basso la componente verticale (picco di accelerazione = 267 cm/s2, che corrispondono a 27 %g).

Le forme d’onda in accelerazione registrate dalla stazione IOCA sono mostrate nella figura sopra, dove sono riportate le tre componenti (est-ovest, nord-sud, verticale).

Attenuazione del moto del suolo con la distanza dall’epicentro. Confronto tra dati osservati e dati predetti da una legge di attenuazione. In alto: picco di accelerazione orizzontale (PGA), in basso: picco di velocità orizzontale (PGV); a sinistra: confronto per siti ubicati su roccia (EC8-A indicato come Site A), a destra: terreni rigidi (roccia alterata, depositi coerenti o cementati, EC8-B, indicato come SiteB). La curva rossa rappresenta la predizione della legge di attenuazione per le zone vulcaniche (TL16), mentre la curva blu è la legge di attenuazione per le zone attive crostali (ITA10), i cerchi sono i dati osservati.

Questa figura mostra l’andamento del picco di accelerazione (PGA) e di velocità (PGV) orizzontale in funzione della distanza epicentrale. I dati osservati (cerchi in figura) sono confrontati con leggi predittive del moto del suolo, che servono a stimare i parametri di scuotimento in funzione della magnitudo dell’evento, della distanza dalla sorgente e del tipo di terreno. Due sono le leggi riportate in figura, la prima si riferisce alla legge di attenuazione sviluppata per le zone sismicamente attive in Italia (es. Abruzzo, centro Italia, Friuli, Emilia) da Bindi e collaboratori (ITA10, 2011), mentre la seconda è stata calibrata per la zona Etnea da Tusa e Langer (TL16, 2016).

Come atteso, la legge predittiva specifica per le zone vulcaniche (TL16) riproduce con maggiore accuratezza il dato osservato, sia per quanto riguarda i parametri di picco delle registrazioni (figura sopra), che per gli spettri di risposta, una rappresentazione dello scuotimento che viene utilizzata dagli ingegneri per la progettazione antisismica (figura sotto).

Spettri di risposta. Confronto tra dati osservati e dati predetti per 4 stazioni ubicate a diverse distanze dall’epicentro (IOCA, CAFL, VAGA, CAFE). La curva rossa rappresenta la predizione della legge di attenuazione per le zone vulcaniche (TL16), mentre la curva blu è la legge di attenuazione per le zone sismicamente attive (ITA10); la curva nera è il dato osservato alle quattro stazioni.

Guardando gli spettri di risposta (figura sopra), il confronto tra dati osservati e dati predetti per 4 stazioni ubicate a diverse distanze dall’epicentro (IOCA, CAFL, VAGA, CAFE), si nota che fa eccezione il dato registrato a Casamicciola (stazione IOCA) che ricade oltre una deviazione standard rispetto alla mediana della predizione. Questa discrepanza potrebbe essere attribuita al fatto che la legge di attenuazione è stata calibrata su un set di dati in cui le registrazioni a breve distanza dalla sorgente sono poco rappresentate. Va menzionato che sono stati osservati terremoti in zone vulcaniche caratterizzati da forti scuotimenti in prossimità dell’epicentro, che si attenuano velocemente con la distanza. Un esempio simile è il terremoto delle Isole Hawaii del 6 settembre 2016 alle 14:25:57, magnitudo ML 4.0, che ha causato un picco di accelerazione orizzontale (registrato alla stazione WILD dell’Osservatorio delle Isole Hawaii, vedi sito web dell’USGS) comparabile a quello di Casamicciola.

Effetti di sito

Le caratteristiche dello scuotimento del terreno sono fortemente influenzate dalle condizioni geologiche, geomorfologiche e geotecniche locali che modificano il moto sismico. Tali modificazioni, note come “Effetti di Sito” (figura sotto), possono comportare una forte amplificazione del movimento sismico su terreni alluvionali recenti rispetto al moto osservato su terreni rigidi o roccia (https://www.youtube.com/watch?v=YSQVfqny4Rg). Gli effetti di amplificazione del moto sismico sono caratterizzati, nei casi più semplici, da una frequenza caratteristica di vibrazione del terreno (frequenza di risonanza f0), che dipende dallo spessore ‘h’ dei sedimenti superficiali e dalla velocità di propagazione delle onde sismiche di taglio.

Conoscere la frequenza caratteristica dei terreni è di estrema importanza, poiché si potrebbero verificare fenomeni di risonanza per l’interazione tra il terreno e le strutture.

Il fenomeno degli effetti di sito su terreni soffici (da “Terremoto e rischio sismico” di Maria Grazia Ciaccio, Giovanna Cultrera, Ediesse editore, 2014).

La misura del movimento del terreno ci permette di fare valutazioni sugli effetti di sito. Questo è uno dei motivi per cui il gruppo operativo EMERSITO dell’INGV installa stazioni sismiche per misurare gli effetti di sito in area epicentrale.

Interventi del gruppo operativo EMERSITO dell’INGV durante la sequenza sismica Amatrice-Visso-Norcia 2016-17.

Una delle tecniche di analisi sismologica più utilizzate per la quantificazione degli effetti di sito si basa sull’osservazione che il movimento del terreno presenta ampiezze maggiori nelle componenti orizzontali, rispetto alla componente verticale, in corrispondenza della frequenza di risonanza dei terreni superficiali.

La figura sotto mostra il rapporto tra gli spettri di Fourier delle componenti orizzontali e della componente verticale (rapporto H/V) del moto registrato alla stazione della Rete Sismica Nazionale dell’INGV installata a Casamicciola (IOCA) durante il terremoto del 21 agosto. Il grafico evidenzia un chiaro picco in corrispondenza della frequenza di risonanza dei terreni sottostanti (tra 1 Hz e 2 Hz).

Rapporto spettrale H/V per il terremoto del 21 agosto 2017 registrato alla stazione IOCA.

In mancanza di registrazioni di terremoti, un’analisi analoga può essere effettuata utilizzando misure di vibrazioni ambientali, cioè quelle vibrazioni sia naturali che antropiche sempre presenti sulla superficie terrestre ma non percepite dall’uomo.

Per le stazioni sismiche IOCA, IFOR e IMTC presenti sull’Isola di Ischia sono state quindi selezionate 2 ore di registrazione e calcolato il rapporto H/V delle vibrazioni ambientali.

I grafici sotto riportati confermano effetti di amplificazione elevati al sito IOCA. Tali effetti, seppure meno significativi, si evidenziano per il sito di IFOR, mentre sono quasi del tutto assenti per il sito IMTC.

Rapporti spettrali H/V calcolati su 2 ore di registrazione di vibrazioni ambientali precedenti l’evento sismico alle stazioni di IOCA, IMTC e IFOR.

In conclusione si può affermare che i dati sismologici disponibili evidenziano una diversità nella risposta sismica dei 3 siti di registrazione suggerendo in modo molto chiaro la presenza di importanti effetti di sito alla stazione di IOCA ubicata nella parte alta di Casamicciola in località Grande Sentinella.

Tali risultati, per quanto utili, sono limitati ai pochi punti di osservazione disponibili. Per meglio comprendere l’origine e l’estensione areale degli effetti di sito sull’Isola, sono quindi in programmazione delle campagne di indagini geofisiche e geologiche di dettaglio che verranno condotte nelle prossime settimane.

Mappe di scuotimento (Shakemaps)

Le mappe di scuotimento forniscono una immediata visualizzazione del livello di scuotimento (shaking) di una zona colpita o interessata da un terremoto. A riguardo si veda l’articolo pubblicato su questo blog “Le Shakemap: una pronta ed efficace visualizzazione dello scuotimento prodotto da un terremoto”. In sintesi, le Shakemap riportano i valori di picco registrati da accelerometri e sismometri, principalmente forniti dalla Rete Accelerometrica Nazionale (RAN) del Dipartimento della Protezione Civile e dalla Rete Sismica Nazionale (RSN) dell’INGV, presenti nella zona del terremoto. Ove non sono presenti valori osservati, il software interpola i dati avvalendosi delle leggi di attenuazione del moto del suolo, che sono leggi empiriche per la predizione dei parametri di scuotimento in funzione della distanza, della magnitudo e delle condizioni del terreno.

È importante sottolineare che lo scopo principale delle Shakemap è di fornire una prima, rapida e approssimativa stima dello scuotimento ad una scala tale da fornire agli organi di protezione civile e alla comunità scientifica un quadro di massima di quanto si è verificato, senza tuttavia fornire dettagli a scala locale. È implicito che l’attendibilità della mappa di scuotimento sarà maggiore all’aumentare della densità di stazioni di registrazione che contribuiscono al calcolo.

Il caso del terremoto di Ischia è particolarmente complesso e difficile per poter effettuare una riproduzione accurata del reale scuotimento osservato utilizzando la procedura ShakeMap poiché:

1) esiste un solo dato utilizzabile sull’Isola di Ischia (stazione sismica IOCA, sensore accelerometrico, ubicato presso l’Osservatorio di Casamicciola);

2) la procedura di Shakemap attualmente sviluppata utilizza leggi predittive del moto del suolo che non sono state implementate per le aree vulcaniche;

3) sono stati osservati effetti locali di amplificazione del moto del suolo alla stazione IOCA.

Mappe di scuotimento calcolate ad una scala maggiore rispetto a quella delle mappe presenti sul sito Shakemap. Mappa in intensità macrosismica espressa in scala macrosismica MCS (sinistra), mappa in PGA (centro) e mappa in PGV (destra).

Per le ragioni sopra esposte, le Shakemap del terremoto di Ischia del 21 agosto non consentono di rappresentare con accuratezza lo scuotimento dovuto al sisma sull’Isola. Le mappe di scuotimento sopra riportate (disponibili all’indirizzo http://shakemap.rm.ingv.it/shake/16796811/intensity.html) derivano essenzialmente dall’applicazione della sola legge di attenuazione e rappresentano un compromesso, che porta alla sottostima dello scuotimento in area epicentrale, ma ad una stima più corretta dello scuotimento del resto dell’Isola, in accordo con le indagini macrosismiche finora disponibili (QUEST, 2017). È tuttavia sempre possibile l’utilizzo dei dati forniti dalle registrazioni accelerometriche della stazione sismica IOCA per investigare lo scuotimento localmente (poche decine di metri) nei pressi della stazione stessa. Per lo scuotimento al di fuori dell’Isola, le mappe tuttavia evidenziano una rilevante attenuazione del moto del suolo con la distanza – un fenomeno comune alle zone vulcaniche.

a cura di A. Michelini, L. Luzi, G. Lanzano, R. Puglia, C. Felicetta, M. D’Amico, E. Russo, F. Pacor, L. Faenza, V. Lauciani, G. Cultrera e G. Milana, INGV


 
Fonte: ingvterremoti.wordpress.com

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