Seismic microzonation

After an earthquake, the observation of damages on constructions and infrastructures often highlights substantial differences in different built-up areas, even at short distance among them. In some cases, noteworthy collapses and damages occurred in places lying at great distance from the epicentre.
In occasion of L'Aquila earthquake of 6 April 2009, these type of situations were found both in the municipal territory of L'Aquila and in some distant municipalities, such as S.Pio delle Camere, the fraction of Castelnuovo (about 30 km SE of the epicentre). The quality of buildings definitely plays a major role in the damage entity, but often causes are linked to the local seismic dangerousness, determined also by the different earthquake propagation, or by the instability of the soil.

These considerations are part of the studies of Seismic Microzonation (SM), though which it is possibile to pick out and characterize stable areas, stable areas susceptible to local amplification and areas subject to instability, such as landslides, surface fractures and soil liquefaction.

Historical studies of Seismic Microzonation 
Issues handled in the studies of Seismic Microzonation have had a strong development at scientific level over the last 40 years, although the importance of characteristics of resistance and soil seismic stability was highlighted also in the past. Starting from XVIII century, with the rise of the Enlightenment vision of natural phenomena, it was clear to experts that local conditions of foundation soils considerably affected the earthquake effects. Even one cenrury ago, informative criteria of the Technical Regulations approved with royal decree on 18 April 1909, no. 193, following the catastrophic earthquake of Messina and Reggio Calabria of 1908, reported the prohibition of new constructions and reconstructions “on soil above or close to ruptures, loose or o apt to fall, or to communicate to buildings vibrations and stresses depending on different geological constitution or different resistance of the single parts”.
At international level, a study of 1969 guided by American scholars in occasion of the 1957 San Francisco earthquake, highlighted that, in the same city just a few kilometres of distance, the same tremor caused different motions depending on the thickness and geomechanical characteristics, a poche centinaia di metri di distanza, lo stesso terremoto avesse provocato scuotimenti decisamente differenti in relazione agli spessori e alle caratteristiche geomeccaniche dei terreni presenti negli strati più superficiali. Da allora sono stati eseguiti molti studi su forti terremoti (es. Friuli, 1976; Irpinia, 1980; Città del Messico, 1985; Kobe, Giappone 1992; Izmit, Turchia 1999; San Giuliano di Puglia, 2002), raccolti dati e informazioni che hanno dimostrato come le caratteristiche locali del territorio possano alterare in maniera evidente l’azione sismica.

Gli obiettivi della Microzonazione Sismica
Gli studi di Microzonazione Sismica hanno l’obiettivo di razionalizzare la conoscenza sulle alterazioni che lo scuotimento sismico può subire in superficie, restituendo informazioni utili per il governo del territorio, per la progettazione, per la pianificazione per l’emergenza e per la ricostruzione post sisma.

Nella pianificazione territoriale, in funzione delle varie scale e dei vari livelli di intervento, gli studi di Microzonazione Sismica sono condotti su quelle aree per le quali il quadro normativo consenta o preveda l’uso a scopo edificatorio o per infrastrutture, la loro potenziale trasformazione a tali fini, o ne preveda l’uso ai fini di protezione civile.
Gli studi di MS sono di fondamentale importanza nella pianificazione al fine di:
- orientare la scelta di aree per nuovi insediamenti
- definire gli interventi ammissibili in una data area
- programmare le indagini e i livelli di approfondimento
- stabilire orientamenti e modalità di intervento nelle aree urbanizzate
- definire priorità di intervento.

Tutto ciò è oggetto degli studi di Microzonazione Sismica (MS), attraverso i quali è possibile individuare e caratterizzare le zone stabili, le zone stabili suscettibili di amplificazione locale e le zone soggette a instabilità, quali frane, rotture della superficie per faglie e liquefazioni dinamiche del terreno.

Nella pianificazione d’emergenza, sia di livello comunale che provinciale, gli studi di MS consentono una migliore e consapevole individuazione degli elementi strategici di un piano di emergenza ed in generale delle risorse di protezione civile.
La conoscenza dei possibili effetti locali indotti da un evento sismico su un territorio contribuisce a:
- scegliere aree e strutture di emergenza ed edifici strategici in zone stabili;
- individuare, in caso di collasso, i tratti “critici” delle infrastrutture viarie e di servizio e le opere rilevanti per le quali potrebbero essere necessarie specifiche valutazioni di sicurezza.

Nella fase della ricostruzione la Microzonazione Sismica:
- contribuisce a scegliere le aree per le abitazioni temporanee;
- fornisce elementi ai tecnici e amministratori, sull’opportunità di ricostruire gli edifici non agibili;
- contribuisce a scegliere nuove aree edificabili.
Nella progettazione di nuove opere o di interventi su opere esistenti, gli studi di Microzonazione Sismica evidenziano la presenza di fenomeni di possibile amplificazione dello scuotimento legati alle caratteristiche litostratigrafiche e morfologiche dell’area e di fenomeni di instabilità e deformazione permanente attivati dal sisma. Gli studi di Microzonazione Sismica, quindi, possono offrire elementi conoscitivi utili per la progettazione di opere, con differente incisività in funzione del livello di approfondimento e delle caratteristiche delle opere stesse, indirizzando alla scelta delle indagini di dettaglio.

Lo studio di Microzonazione Sismica è uno strumento conoscitivo dalle diverse potenzialità, che ha costi differenti in funzione del livello di approfondimento che si vuole raggiungere:
- il livello 1 è un livello propedeutico ai veri e propri studi di MS, in quanto consiste in una raccolta di dati preesistenti, elaborati per suddividere il territorio in microzone qualitativamente omogenee
- il livello 2 introduce l’elemento quantitativo associato alle zone omogenee, utilizzando ulteriori e mirate indagini, ove necessarie, e definisce una vera carta di MS
- il livello 3 restituisce una carta di MS con approfondimenti su tematiche o aree particolari.
Al momento di decidere l’esecuzione dello studio, per stabilire il livello di approfondimento occorre tener presente l’utilità che da esso può derivare, in modo da compararla con i costi da affrontare. Il miglioramento della conoscenza prodotto dagli studi di MS può contribuire concretamente, insieme a studi di vulnerabilità ed esposizione, all’ottimizzazione delle risorse rese disponibili per interventi mirati alla mitigazione del rischio sismico.
Le modalità tecniche di esecuzione e di applicazione della MS sul territorio italiano sono definite dagli “Indirizzi e Criteri per la Microzonazione Sismica”, approvati recentemente dal Dipartimento della Protezione Civile e dalla Conferenza delle Regioni e delle Province autonome (Gruppo di lavoro MS, 2008).