In questo articolo sono descritti i risultati di analisi di risposta sismica locale (RSL) eseguite nel centro storico dell'Aquila, nell'ambito di studi finalizzati al progetto di interventi di recupero/adeguamento sismico di edifici di rilevante interesse storico-monumentale, gravemente danneggiati dal sisma del 6 aprile 2009.

Il modello di sottosuolo per le analisi RSL è stato ricostruito in base a informazioni di tipo geologico ed ai risultati di un gran numero di indagini eseguite nell'area dell'Aquila nel periodo 2009-2011, a partire dai mesi successivi al sisma, con finalità diverse (studio di Microzonazione Sismica dell'area aquilana promosso dal Dipartimento della Protezione Civile – Gruppo di Lavoro (2010), sondaggi profondi CERFIS – Amoroso et al. (2010), indagini finalizzate al progetto di interventi su edifici specifici). Tali indagini comprendono sondaggi, misure in sito del profilo della velocità delle onde di taglio V_S mediante: prove con dilatometro sismico (SDMT), Down-Hole, Cross-Hole, MASW e misure di rumore sismico. In particolare nel presente studio si è fatto ampio uso dei profili di V_S ottenuti in sito da misure con SDMT. Data la natura dei terreni generalmente incontrati nel centro dell'Aquila (a grana grossa e difficilmente penetrabili), le misure SDMT, per la determinazione del solo profilo V_S, sono state eseguite all'interno di fori riempiti di sabbia, secondo una procedura già validata in numerosi siti (Totani et al. 2009). Tale procedura in alcuni casi ha consentito di ottenere misure di V_S fino a profondità assai elevate, di grande interesse per le analisi RSL (133 m presso la Fontana delle 99 Cannelle). Dall'insieme delle informazioni disponibili emerge che le condizioni del sottosuolo al di sotto del centro storico dell'Aquila sono particolarmente complesse. La porzione superiore del sottosuolo è costituita dalle cosiddette "Brecce dell'Aquila" (frammenti calcarei di dimensioni eterometriche, dell'ordine del cm, generalmente in matrice sabbiosa o limoso-sabbiosa, con grado di cementazione e proprietà meccaniche fortemente variabili), avente spessore pari a circa 100 m e valori di V_S generalmente elevati (≈ 600-1000 m/s), crescenti con la profondità. Al di sotto delle brecce sono presenti depositi lacustri a grana da fine a media, prevalentemente limosi, di spessore superiore a 200 m, con valori di V_S generalmente compresi tra 400 m/s e 600-700 m/s, posti al di sopra del bedrock (calcare), il cui tetto si trova ad oltre 300 m di profondità. Il sottosuolo del centro storico dell'Aquila è quindi caratterizzato dalla presenza di un'inversione della velocità delle onde di taglio con la profondità, nel passaggio dalle brecce ai limi lacustri. Questa evidenza è in accordo con quanto osservato in un gran numero di misure di rumore sismico eseguite nell'ambito dello studio di Microzonazione Sismica, che su tutto il colle dell'Aquila hanno evidenziato nel rapporto spettrale H/V la presenza di un picco di f₀ (frequenza fondamentale del deposito) tra 0.5 e 0.6 Hz, corrispondente alla superficie del bedrock carbonatico profondo (oltre 300 m). Effetti di amplificazione a basse frequenze erano peraltro stati evidenziati da studi precedenti (De Luca et al. 2005). La risposta sismica del sottosuolo nel centro storico dell'Aquila appare quindi decisamente più complessa di quanto deducibile dalla semplice classificazione in "categorie di sottosuolo" effettuata in base alla V_S,30, così come definita dalle Norme tecniche per le costruzioni (NTC 2008), che considera solo i primi 30 m di profondità.

In questo articolo sono presentati i risultati di un'analisi RSL eseguita per il sito di Palazzo Camponeschi, un importante edificio pubblico nel centro storico dell'Aquila gravemente danneggiato dal sisma del 6 aprile 2009. L'analisi è stata condotta utilizzando un modello 1-D lineare equivalente, implementato nel codice EERA (Bardet et al. 2000). Il sottosuolo è stato schematizzato come un sistema a due strati caratterizzato da inversione di V_S con la profondità: uno strato superiore rigido (Brecce dell'Aquila) di spessore 100 m, con V_S generalmente > 800-1000 m/s, posto al di sopra di uno strato inferiore meno rigido (limi lacustri), con V_S ≈ 600-700 m/s, che si estende fino alla profondità presunta del bedrock (300 m). Il profilo di V_S nelle brecce è stato ricavato da misure eseguite con SDMT nel sito di Palazzo Camponeschi fino a 74 m di profondità. Nei limi lacustri sottostanti il profilo di V_S è stato definito estrapolando fino a 300 m di profondità misure di V_S ottenute da SDMT e Cross-Hole in altri siti in cui la stessa formazione lacustre è stata incontrata vicino alla superficie del terreno (Ponte Rasarolo – Fiume Aterno, Fontana 99 Cannelle). In assenza di curve di laboratorio G/G₀ - γ e D - γ specifiche per il sito in esame (G/G₀ = modulo di taglio normalizzato, D = rapporto di smorzamento, γ = deformazione di taglio), per le brecce sono state utilizzate curve di letteratura proposte per ghiaie, mentre per i limi lacustri si è fatto riferimento a curve di laboratorio ottenute su campioni indisturbati prelevati nella stessa formazione nel sito di Roio Piano (Gruppo di lavoro 2010). In entrambi gli strati il modulo di taglio a piccole deformazioni G₀ è stato ricavato da V_S misurata in sito. L'input sismico comprende diversi accelerogrammi applicati al bedrock, tra cui 3 accelerogrammi utilizzati per lo studio di Microzonazione Sismica (Gruppo di lavoro 2010). Sono presentati e commentati i risultati dell'analisi RSL con EERA (accelerazione, velocità e spostamenti in superficie in funzione del tempo e corrispondenti spettri di risposta in funzione del periodo). Sono inoltre mostrati confronti tra gli spettri di risposta elastici ottenuti con EERA utilizzando diversi accelerogrammi di input e lo spettro di risposta definito secondo l'approccio semplificato delle NTC 2008, per un periodo di ritorno di riferimento T_R = 475 anni e sottosuolo di categoria B. Il confronto mostra che l'accelerazione spettrale S_a calcolata con EERA è generalmente maggiore di S_a calcolata secondo le NTC 2008, che tendono a sottostimare l'amplificazione nell'intero intervallo di periodi T, incluso quello di maggiore interesse per l'edificio in muratura oggetto di studio (T ≈ 0.2-0.4 s).

I risultati ottenuti per il sito di Palazzo Camponeschi – rappresentativo di condizioni di sottosuolo tipiche del centro storico dell'Aquila – indicano che la procedura semplificata definita dalle NTC 2008, basata su spettri di risposta elastici definiti a partire da categorie di sottosuolo identificate in base a V_S,30, appare inadeguata e dovrebbe essere utilizzata con cautela in presenza di inversione della velocità delle onde di taglio con la profondità. In tale situazione l’analisi numerica di risposta sismica locale appare necessaria per una determinazione più accurata delle azioni sismiche di progetto.

RIFERIMENTI

Amoroso, S., Del Monaco, F., Di Eusebio, F., Monaco, P., Taddei, B., Tallini, M., Totani, F. and Totani, G. (2010). Campagna di indagini geologiche, geotecniche e geofisiche per lo studio della risposta sismica locale della città dell'Aquila: la stratigrafia dei sondaggi giugno-agosto 2010. CERFIS – Centro di Ricerca e Formazione in Ingegneria Sismica, Università dell'Aquila, Pubblicazione CERFIS 1/10. L'Aquila, September 2010. 50 pp. (in Italian).

Bardet, J.P., Ichii, K. and Linn, C.H. (2000). EERA – A Computer Program for Equivalent-linear Earthquake site Response Analyses of Layered Soil Deposits. University of Southern California.

De Luca, G., Marcucci, S., Milana, G. and Sanò, T. (2005). Evidence of  low-frequency amplification in the city of L'Aquila, Central Italy, through a multidisciplinary approach including strong- and weak-motion data, ambient noise, and numerical modeling. Bull. Seism. Soc. Am., 95(4), 1469-1481.

Gruppo di Lavoro (2010). La Microzonazione Sismica dell'area aquilana. 3 Vol. + DVD. Regione Abruzzo. In stampa.

Totani, G., Monaco, P., Marchetti, S. and Marchetti, D. (2009). V_S measurements by seismic dilatometer (SDMT) in non-penetrable soils. Proc. 17^th ICSMGE, Alexandria, Egypt, Vol. 2, 977-980. M. Hamza et al. (eds). IOS Press.