Grazie al prezioso contributo del geologo Giampiero Petrucci continua la nostra indagine sui motivi per cui in Italia si susseguono terremoti che, anche con intensità non elevatissime, creano danni e devastazioni. Stavolta affrontiamo un argomento spesso trascurato ma che invece più volte ha contribuito in misura notevole ad aumentare i danni di un sisma nel nostro paese: i cosiddetti effetti di sito.
Risposta locale. Ogni terreno possiede proprie caratteristiche peculiari e risponde perciò in maniera diversa alle sollecitazioni telluriche. Granulometria, densità, porosità, composizione chimica, grado di saturazione, resistenza al taglio sono parametri fondamentali che possono essere valutati attraverso prove in situ od in laboratorio. Ma altrettanto importante è come questo terreno si presenta nel territorio ovvero il suo aspetto geomorfologico: ecco perché uno stesso deposito, teoricamente avente identiche caratteristiche geomeccaniche, può fornire un diverso comportamento all’attraversamento delle onde sismiche, in particolare a seconda della sua acclività. L’eventuale struttura edificata su di esso contribuisce in maniera sensibile al quadro generale anche se è stato ripetutamente notato come costruzioni similari subiscano danni diversi a seconda del differente terreno di fondazione. La risposta locale è dunque l’effetto di un sisma in un qualsiasi punto del territorio e rappresenta il risultato dell’interazione tra terremoto, sito e costruzione, i tre poli su cui si basa ogni moderno sistema di protezione sismica. L’estrema variabilità di questi tre parametri spiega l’irregolarità dei danni: le immagini di ogni “dopo-sisma”, compreso quello del maggio 2012 in Emilia, risultano eloquenti a proposito: frequente vedere edifici distrutti accanto ad altri illesi o solo parzialmente danneggiati. Ciò rappresenta in maniera perfetta il significato di risposta locale, addirittura puntuale, di ogni sito. Valutare appieno l’interazione tra i tre poli suddetti è il risultato massimo cui deve tendere la ricerca al fine di salvaguardare al meglio il nostro territorio.
Chiarezza sulle definizioni. Spesso, soprattutto alla tv, nella valutazione degli effetti di un terremoto vengono utilizzati termini entrati nel comune linguaggio quotidiano ma dei quali non sempre è chiaro il significato, essendo talora impiegati in maniera impropria. La pericolosità sismica è la stima dello scuotimento del suolo previsto in un sito durante un certo intervallo di tempo a seguito di un sisma: è dunque la previsione, valutata scientificamente attraverso un’infinita serie di indagini e ricerche storiche, che un terremoto si sviluppi con determinate modalità. La vulnerabilità si riferisce invece al patrimonio edilizio e rappresenta la risposta sismica delle costruzioni ai vari input sismici: fornisce dunque importanti informazioni sullo “stato di salute” degli edifici e del loro comportamento a seguito di un terremoto. Il rischio sismico infine è il prodotto dei due parametri suddetti unito al cosiddetto valore esposto cioè il valore di cose e persone presenti nell’area considerata: è dunque lapalissiano che edifici in condizioni precarie in un’area soggetta a scuotimenti intensi rappresentano le situazioni peggiori e i primi siti su cui intervenire decisamente. Altrettanto evidente che l’obiettivo della ricerca diventa la riduzione del rischio sismico.
Effetti di sito. Abbiamo già descritto nelle puntate precedenti (Perché l’Italia trema? Cause e rimedi dei terremoti che affliggono il nostro paese e Perchè l’Italia trema? Sismologia storica italiana, i terremoti nell’antichità, Verona 1127 e la cronologia dei terremoti con M>5.5) come, partendo dalla carta della pericolosità sismica fornita dall’INGV, la microzonazione rappresenti lo strumento più adatto per verificare le condizioni locali di ciascun sito del nostro territorio. Abbiamo già detto, vedendo le nostre idee confermate anche dall’autorevole parere di esperti del settore (La liquefazione in Emilia: ulteriori dettagli sul fenomeno, il parere degli esperti), come esista nel nostro paese un deficit di protezione sismica legato ad una mancata applicazione delle leggi vigenti e ad uno sviluppo non sempre efficace della microzonazione oltre che alla presenza di un patrimonio edilizio vetusto e vulnerabile. Adesso è il momento di descrivere quali sono i fattori più colpevolmente sottovalutati dalle indagini e che in diverse situazioni, in particolare nell’ultimo terremoto emiliano, hanno già provocato danni ingenti, per taluni (ma non per gli esperti) inaspettati. Si tratta dei cosiddetti effetti di sito ovvero dei fattori che localmente amplificano, anche fino a dieci volte, le onde sismiche e per i quali anche a seguito di una scossa non estremamente intensa (magnitudo 5.5 o addirittura inferiore) possono svilupparsi importanti devastazioni. Questo accade quando, a causa delle particolari condizioni geotecnico-geomorfologiche del sito, si verifica una modifica di ampiezza, frequenza e durata delle onde sismiche: variano cioè le caratteristiche vibratorie del sisma. L’effetto può essere valutato attraverso il rapporto tra il moto sismico nel sito e quello che si osserverebbe per lo stesso terremoto in una roccia rigida pianeggiante. Se questo rapporto è maggiore di 1, si parla di amplificazione.
Doppia risonanza. Avendone già ripetutamente e diffusamente parlato (vedi qui, e ancora qui, e pure qui e infine qui), riguardo alla liquefazione possiamo soltanto ricordare come venga considerata “effetto locale” più che effetto di sito in quanto può verificarsi anche esclusivamente a seguito del solo scuotimento del terreno (senza cioè amplificazione) quando questo è elevato. Essenzialmente dovuto all’amplificazione è invece il fenomeno della “doppia risonanza”, forse il meno noto degli effetti di sito ma certamente tra i più pericolosi. Si basa sui principi delle onde elastiche e sul fatto che qualsiasi entità od oggetto del nostro pianeta ha una sua propria frequenza di vibrazione. Quando il periodo fondamentale dell’onda sismica, il periodo di vibrazione del terreno e quello della costruzione sono all’incirca uguali ecco che i loro effetti si sommano e nasce una fortissima amplificazione del moto sismico. L’esempio più eclatante di questo fenomeno si è verificato in corrispondenza del terremoto di Città del Messico nel 1985: in quel caso crollò un edificio di 14 piani che aveva un suo proprio periodo di vibrazione praticamente coincidente con quello del terreno di fondazione e dell’onda sismica. La frequenza di risonanza di un edificio o di un terreno è facilmente valutabile. Nel primo caso si utilizza una semplice formula che mette in relazione la frequenza-tipo di 10 Hz con il numero di piani della costruzione, nel secondo si usano i cosiddetti microtremori ovvero i rumori sismici generati in un sito dai fenomeni atmosferici e dall’attività antropica: praticamente una sorta di “rumore di fondo”. In certe situazioni la frequenza di risonanza può essere ottenuta anche applicando sollecitazioni al sito e misurando la risposta in termini di spostamento o accelerazioni (profili sismici a rifrazione). Il problema è che purtroppo la valutazione della frequenza di risonanza non sempre è correttamente eseguita nel nostro paese, spesso addirittura tralasciata, con i rischi facilmente immaginabili.
Addensamento di onde e terreni. Le variazioni più significative del moto sismico si verificano quando le onde passano dal bedrock (la base rocciosa) ai depositi superficiali, soprattutto laddove questi ultimi sono terreni soffici o incoerenti. In particolare, diminuendo la velocità, le onde sono come “intrappolate”, rendendo in sostanza più lungo il tempo di scuotimento del terreno. Inoltre aumenta l’ampiezza delle onde che “si addensano”, diventando più pericolose e provocando uno sconvolgimento simile a quello del mare che passa improvvisamente da calmo ad agitato. In questo caso dunque l’effetto dipende perciò dalla litologia del terreno: è quanto è accaduto a Tuscania nel 1971 (Gli “effetti di sito” amplificatori di un sisma: il caso di Tuscania nel 1971) dove i terreni soffici presenti (tufi rimaneggiati) amplificarono un sisma di intensità non particolarmente elevata (magnitudo intorno a 5.0), producendo danno ingenti.
Particolarmente negativi da questo punto di vista i depositi alluvionali, generalmente soffici e con spessori piuttosto ampi (anche superiori a 50 metri). Proprio in questo tipo di terreni può verificarsi un altro effetto di sito, la densificazione ovvero l’addensamento di un terreno granulare incoerente e non saturo a seguito di sollecitazioni sismiche. In pratica l’onda rompe l’equilibrio tra i granuli, scompaginando le loro posizioni relative ed avvicinandoli reciprocamente: i vuoti vengono dunque ridotti, l’intero livello si compatta e perde spessore, migliorando le sue caratteristiche dinamiche (tant’è vero che la compattazione è usata per ottimizzare la capacità portante di un terreno) ma producendo verticalmente cedimenti che diventano particolarmente pericolosi se differenziali cioè di diversa entità anche a breve distanza. In questo caso è evidente che una struttura edificata al di sopra di un terreno “densificabile” diventa soggetta a pericolosi movimenti verticali che possono portare alla sua inclinazione ed al crollo soprattutto laddove questi spostamenti non siano uniformi. Negli studi di microzonazione sismica dunque risulta particolarmente importante l’individuazione dei terreni soggetti a possibile densificazione, identificabili soprattutto in base alla loro composizione litologica ed alle caratteristiche geomeccaniche, con indagini in situ (prove penetrometriche) od in laboratorio (geotecnica). Non sorprende dunque che la densificazione sia un parametro fondamentale degli studi di microzonazione.
Geomorfologia e frane. Altro aspetto fondamentale negli effetti di sito è la topografia del territorio. Nel nostro paese sono molto numerosi i borghi antichi costruiti in cima a colli su pendii più o meno acclivi. In questo caso possono verificarsi due effetti, anche contemporanei: da una parte la topografia del colle focalizza ed intrappola le onde in arrivo che possono “rimbalzare” per riflessione (anche multipla) sui fianchi della collina ed aumentare lo scuotimento verso la cima del colle, dall’altra una pendenza sensibile può contribuire alla rottura dell’equilibrio del versante, provocando lo sviluppo di frane quiescenti od il crollo di porzioni di roccia su pareti sub-verticali. Particolarmente importante diventa a questo punto la valutazione della stabilità dei versanti attraverso studi geomorfologici (carta della franosità) atti ad individuare tutti i parametri che concorrono al rischio potenziale quali acclività, litologie con caratteristiche scadenti, frane quiescenti e/o paleofrane, fenomeni di erosione, ruscellamento diffuso e non ultimo (e di attualità) aree recentemente colpite da incendi (la mancanza di vegetazione arbustiva indebolisce infatti la resistenza superficiale del terreno). Amplificazioni del sisma per effetto topografico sono state osservati nei terremoti di Friuli (1976), Irpinia (1980) ed Umbria-Marche (1997) dove diverse località disposte su colli hanno subìto danni devastanti.
Faglie, cavità e subsidenza. Qualsiasi discontinuità presente nel sottosuolo, modificando il tragitto delle onde sismiche, può creare una significativa variazione del moto tellurico. Le superfici di contatto tra materiali di natura diversa (e quindi con differenti caratteristiche geomeccaniche) rappresentano a questo proposito un’evidente situazione critica per l’innesco di amplificazione. Così come, ovviamente, le faglie che all’attraversamento dell’onda possono sviluppare una dislocazione capace di provocare ulteriori sconvolgimenti. Molto pericolose anche eventuali cavità, pure di dimensioni limitate, presenti nel sottosuolo le quali, al passaggio delle onde, possono collassare (parzialmente o totalmente) provocando improvvisi cedimenti verticali anche di diversi centimetri. I depositi coesivi molli, ovvero i terreni prevalentemente argillosi, possono generare fenomeni di subsidenza con il verificarsi di sprofondamenti e voragini come, ad esempio, durante la “crisi sismica” calabrese del 1783 quando l’intero territorio, compresa la rete idrografica di superficie, venne completamente sconvolto. Tutti questi fattori, per quanto non sempre di facile individuazione nel sottosuolo, dovrebbero rientrare in ogni studio di microzonazione. Ma purtroppo, e non è una novità, non sempre è così.
Tsunami. Forse non saranno effetti di sito veri e propri, ma anche gli tsunami rappresentano una conseguenza (forse la più evidente e pericolosa) di un terremoto, in un certo senso (basta vedere cosa accadde nello Stretto di Messina del 1908 od a Scilla nel 1783) amplificandone gli sviluppi. Una cosa è certa: nel nostro paese il rischio-tsunami è sottovalutato. Proprio al fine di sensibilizzare l’opinione pubblica al riguardo, MeteoWeb ha creato un’apposita sezione dedicata a questo fenomeno che in passato ha colpito a più riprese, e con grandi devastazioni, anche le coste italiane (e non solo le coste). Tranne che per aree molto ristrette, non esiste ancora per l’Italia una “carta della pericolosità da tsunami” la quale invece rappresenterebbe un tassello in più per la salvaguardia del nostro territorio e potrebbe contribuire non poco alla microzonazione sismica, ovviamente soprattutto nelle zone costiere.
Siamo pronti? Gli effetti di sito sono entrati in gioco praticamente in ogni terremoto recente accaduto nel nostro paese. Addirittura ci sono indizi che testimoniano un loro sviluppo già nel sisma del Vallo di Diano del 1561. Rappresentano un pericolo costante ma probabilmente sono stati sottovalutati negli studi di prevenzione sismica. Sappiamo tutti che ancora non possiamo prevedere i terremoti ma è possibile, anzi è doveroso, provare a prevenirne gli effetti. Ciò è ottenibile soltanto con studi seri, rigorosi e puntuali sull’intero nostro territorio nazionale, eseguiti con costanza e tempestività, non soltanto dopo un terremoto devastante ma sempre. Tutti noi, ma in particolare i nostri politici e le giovani generazioni, dobbiamo finalmente comprendere quanto il nostro patrimonio edilizio sia vulnerabile e come l’ecosistema del nostro pianeta dipenda esclusivamente dalle nostre azioni (spesso scriteriate) di uomini del Duemila. Probabilmente è già troppo tardi, ma senza adeguati provvedimenti, come ha detto la Prof.ssa Crespellani dalle nostre pagine, “l’Italia rischia di sfarinarsi”. I più catastrofisti potranno dire che non è tutto perché i pendii crolleranno, i fiumi strariperanno e l’effetto-serra continuerà a marchiare a fuoco le nostre giornate quotidiane. Di una cosa siamo sicuri: come recita il titolo della nostra piccola inchiesta, l’Italia tremerà ancora. Ma noi siamo pronti?
Per approfondimenti si consigliano i testi della Prof.ssa Teresa Crespellani, in particolare “Effetti di sito e fenomeni di instabilità indotti dai terremoti nei depositi e nei pendii”
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