Terremoti e infrastrutture sostenibili: la legge Panza-Rugarli in favore della sicurezza

“La riduzione del rischio di catastrofi sismiche dipende dalla valutazione affidabile del rischio sismico. Nel regno della valutazione del rischio sismico (SHA), storicamente ci sono stati due metodi: l’SHA probabilistico (PSHA) e l’SHA deterministico (DSHA). Il rischio è definito come caratteristica fisica intrinseca che pone potenziali minacce a persone, proprietà o ambiente. Nel contesto del rischio sismico, lo scopo principale dell’analisi del rischio è valutare quantitativamente il livello di scuotimento del terreno in un sito, tramite il metodo DSHA o PSHA. Il DSHA si basa in genere su specifiche relazioni di attenuazione e su uno scenario di terremoto singolo presunto/predefinito con magnitudo e distanza sorgente-sito selezionate”. È quanto si legge in una Peer review sotto la responsabilità dell’Institute of Geophysics, China Earthquake Administration.

Il metodo NDSHA

Negli ultimi trent’anni circa, NDSHA ha attirato un’attenzione significativa sia nelle comunità sismologiche che ingegneristiche. Il libro “Terremoti e infrastrutture sostenibili: l’approccio neodeterministico (NDSHA) garantisce la prevenzione anziché la cura” rappresenta una pietra miliare significativa, che raccoglie gli sviluppi di questo nuovo approccio negli ultimi 25 anni. Come affermato nella prefazione, NDSHA risale all’inizio del millennio. Rappresenta un approccio multidisciplinare basato su scenari e fisica per la valutazione del rischio sismico che si è dimostrato affidabile attraverso 20 anni di esperimenti in numerosi Paesi in tutto il mondo. L’analisi del rischio sismico basata su scenari (SSHA) e il massimo input sismico credibile (MCSI) sono metodi consolidati che costituiscono parte integrante della valutazione NDSHA.

Un’osservazione dell’approccio NDSHA da una prospettiva profana può essere riassunta come una transizione S5→S, dove S5 a sinistra della freccia sta per sismicità, sorgente, struttura, propagazione delle onde sismiche e condizioni del sito, rispettivamente, e S a destra della freccia rappresenta il forte movimento sismico del suolo, si legge nella Peer review.

Il libro

Lo scopo di questo volume è di promuovere l’istituzione di un nuovo paradigma per la valutazione affidabile del rischio sismico. Mira a creare una sinergia delle più aggiornate conoscenze scientifiche disponibili che garantiscano la prevenzione e la riduzione di perdite inaccettabili piuttosto che affrontare semplicemente le conseguenze dei disastri. Nel capitolo 5, Mattia Crespi, Vladimir Kossobokov, Antonella Peresan e Giuliano Panza evidenziano che i terremoti non possono essere previsti con assoluta precisione; pertanto, ridurre progressivamente l’incertezza di previsione nello spazio e nel tempo rimane una sfida. Questa sfida persiste non solo a causa della complessità intrinseca del fenomeno sismico, ma anche a causa delle sue significative implicazioni sociali.

La legge Panza-Rugarli

Un esempio degno di nota è la definizione formale del terremoto massimo credibile (MCE). Panza e Bela (2020) e Rugarli et al. (2019) hanno dimostrato che l’NDSHA può definire formalmente l’MCE. La sua magnitudo di progetto, M_design, può provvisoriamente, e fino a prova contraria, essere impostata uguale alla magnitudo massima osservata, sia storica che strumentale (M_max), più un multiplo della deviazione standard globale della magnitudo γ_EMσ_M. Il valore di σ_M è il valore centrale della deviazione standard della magnitudo su scala globale, che varia nell’intervallo 0,2-0,3, vale a dire, σ_M =1/4 come riportato da Båth (1973), Bormann et al. (2007) e Kossobokov (2007). Per adottare un approccio conservativo e in linea con il principio stabilito da Hutton, è attualmente prudente impostare γ_EMσ_M come 0,7, quando la stima della magnitudo viene troncata a una cifra decimale. Questo calcolo collega saldamente M_design alla somma di M_maxx e 0,7, al limite di magnitudo superiore delle magnitudo più grandi osservate o stimate in qualsiasi area di studio, ovvero M_design = M_max + γ_EMσ_M = M_max + 0,7. Poiché il valore M_design fornisce il limite inferiore per la magnitudo del MCE e comprende efficacemente il catalogo sismico disponibile, il valore MCE deve essere aggiornato solo se un grande evento sismico, che si verifica dopo la valutazione M_design, supera significativamente il valore M_design stesso.

Similmente alla legge di Båth (Richter, 1958), che indica che la differenza di magnitudo tra la scossa principale e la sua più grande replica è generalmente di circa 1.2, la legge di Panza-Rugarli afferma che per MCE, la magnitudo di progetto M_design, può essere impostata, dato lo stato attuale delle conoscenze, uguale alla somma di M_max e 0,7, ed è un argomento intrigante per ulteriori discussioni.

Terremoti e prevenzione

Come affermato nella prefazione, il libro “Terremoti e infrastrutture sostenibili: l’approccio neo-deterministico (NDSHA) garantisce la prevenzione anziché la cura” mira a comunicare in un unico volume le conoscenze scientifiche “allo stato dell’arte” sui terremoti e sui rischi sismici correlati. I terremoti si verificano in modo apparentemente casuale e in alcuni casi è possibile ricondurre la sismicità al concetto di caos deterministico. Pertanto, la sismicità, apparentemente, può essere spiegata da un meccanismo deterministico che sorge come risultato di vari movimenti convettivi nel mantello terrestre, espressi nel moderno movimento delle placche litosferiche alimentate dalle forze di marea. La tettonica a placche polarizzata (Doglioni e Panza, 2015) e la natura complessa dei fenomeni sismici evidenziano la necessità di evitare l’uso di modelli eccessivamente semplicistici, in particolare per la valutazione dei rischi associati ai terremoti. In una prospettiva di prevenzione, coerente e compatibile con le teorie più avanzate, è essenziale che almeno gli impianti infrastrutturali e le strutture pubbliche siano progettati in modo da resistere (o sostenere) futuri forti terremoti e continuare a funzionare nella loro capacità originaria.

Il commento di Panza e Rugarli

A integrazione della notizia, il Prof. Panza e l’ing. Paolo Rugarli ci inviano una importante precisazione, che riportiamo di seguito.

Uso ambiguo dell’acronimo MCE

L’acronimo “MCE”, utilizzato in diversi contesti e con diversi significati negli ultimi decenni, è stato utilizzato sia con il significato di “Massimo Terremoto Credibile” sia con il significato di “Massimo Terremoto Considerato”, due concetti abbastanza diversi. Per questo motivo si propone, d’ora in poi, di utilizzare gli acronimi MCOE e MCRE rispettivamente per il massimo terremoto considerato e per il massimo terremoto credibile.

MCRE

Il massimo terremoto credibile (MCRE) è una proprietà della faglia considerata. È un attributo della geometria della faglia, della sua dimensione e, in generale, un attributo della Terra nel nodo sismogenetico considerato. Quindi è una proprietà fisica. La sua esatta valutazione ci consentirebbe di avere una stima della più severa magnitudo fisica che potrebbe verificarsi in un determinato luogo.

MCOE

Il terremoto massimo considerato (MCOE) definisce la magnitudo che si decide di assumere nella valutazione ingegneristica della sicurezza delle strutture. È anche legato a considerazioni politiche, economiche e sociali, che possono dipendere dal paese, dalla storia, dalla cultura, dalle condizioni degli edifici e delle infrastrutture, o dalla loro importanza relativa. Come negli Eurocodici (ad esempio Eurocodice-8, 2004), i valori utilizzati per la progettazione sono denominati “valori di progettazione”, il MCOE è di fatto quantificato da M_design. Il termine M_design è stato introdotto da Rugarli et al. (2019), nell’ambito dell’NDSHA, al fine di mantenere la coerenza con gli Eurocodici, e in vista della descrizione degli effetti meccanici dei terremoti, visti come azioni meccaniche applicate alla Terra e trattate come tutte le altre azioni.