Il progetto sviluppa un insieme coerente di metodologie per la valutazione e la zonazione della pericolosità da frana sismo-indotta. Per raggiungere l’obiettivo, il progetto opera a diverse scale geografiche, temporali e organizzative, e in differenti contesti geologici, geomorfologici e sismo-tettonici. Data la complessità, la variabilità e l’estensione della franosità sismo-indotta in Italia [Romeo 2000], operare a più scale consente di (a) massimizzare l’utilizzo dei dati e delle informazioni disponibili; (b) proporre metodologie e sperimentare modelli che operano a scale e in contesti diversi, sfruttandone le peculiarità alle scale più congeniali e esportandone i risultati in modo coerente alle scale diverse; e (c) ottenere risultati a scale d’interesse per utilizzatori diversi (e.g., pianificatori, decisori, legislatori nazionali e regionali, strutture di protezione civile, distretti idrografici, gestori di infrastrutture, assicuratori, liberi professionisti, ricercatori).
Metodologie
Il progetto definisce un quadro metodologico univoco e coerente per la valutazione e la zonazione della pericolosità da frana sismo-indotta, integrando informazioni e dati esistenti sulla franosità sismo-indotta in Italia, disponibili ai proponenti, reperibili nella letteratura tecnica e da fonti “open” – a favore dell’economicità della proposta. L’integrazione sfrutta un insieme coerente di strumenti modellistici, di tipo esperto (euristico) e numerico (modelli statistici e probabilistici, fisicamente-basati, FEM, di ottimizzazione). La metodologia considera il problema a più scale, incluse: (a) tre scale geografiche – la scala sinottica nazionale, la mesoscala regionale e la scala locale; (b) due scale temporali – la scala del pre-evento tipica della pianificazione territoriale e del tempo differito di protezione civile (DPCM 27/2/2004, G.U 11/3/2004 n. 59), e la scala del post-evento, caratteristica del tempo reale di protezione civile; e (c) diverse scale organizzative e gestionali – da quella della pianificazione territoriale e della difesa del suolo, inclusa la ricostruzione post-sismica, a quella della risposta rapida di protezione civile. Inoltre, la metodologia considera le caratteristiche della franosità sismo-indotta e della pericolosità a essa associata nei principali contesti geologici, geomorfologici e sismo-tettonici in Italia.
Obiettivi
La ricerca definisce un quadro metodologico univoco e coerente per la valutazione e la zonazione della pericolosità da frane sismo-indotte, a differenti scale geografiche, temporali e organizzative. Per raggiungere l’obiettivo, il progetto opera alla scala temporale del pre-evento, tipica della pianificazione territoriale e della difesa del suolo e misurabile in anni e decenni, e alla scala del tempo reale di protezione civile, misurabile in periodi che vanno da poche ore a qualche mese. Alla scala sinottica (nazionale), il progetto opera nel contesto di pre-evento per definire una zonazione sinottica della pericolosità da frana simo-indotta in Italia. La zonazione, ottenuta applicando una metodologia esperta di tipo geologico-geomorfologico, integra informazioni esistenti sulla franosità sismo-indotta, storica e recente, e informazioni derivate dalle zonazioni della pericolosità sismica e del contesto geologico e sismo-tettonico italiano. Cruciale sarà la revisione della letteratura sulla franosità sismo-indotta in Italia, e l’analisi degli eventi sismici storici [Catalogo dei forti terremoti in Italia dal 461 a.C. al 1980; Boschi et al 1995] e recenti che hanno generato frane, dai terremoti del Friuli del 1976 [Govi 1977; Govi e Sorzana 1977] ai recenti terremoti di Amatrice–Norcia del 2016 [Tinti et al 2016; Santangelo et al 2018]. Alla mesoscala (regionale), il progetto opera nei contesti di pre-evento e di post-evento per lo sviluppo di una metodologia per la zonazione e la quantificazione della pericolosità da frana sismo-indotta a scala regionale attraverso l’utilizzo di modelli numerici fisicamente basati per la previsione spaziale delle frane sismo-indotte. In particolare, si sperimenterà l’uso sinergico di due modelli consolidati per la previsione della suscettibilità da frana non sismo-indotta, adattandoli alle condizioni sismiche. Il primo approccio si basa sull’applicazione del software STONE [Guzzetti et al 2002], un modello cinematico lumped mass che simula i fenomeni di crollo/caduta massi in modo spazialmente distribuito in aree anche di migliaia di chilometri quadri, a partire da dati topografici (DTM) e tematici (carte geologiche, litologiche, di copertura del suolo) facilmente reperibili e gestibili in ambiente GIS [Guzzetti et al 2004]. Il secondo approccio si basa sull’applicazione del software r.slope.stability [Mergili et al 2014; www.slopestability.org] per la modellazione all’equilibrio limite spazialmente distribuita della stabilità di frane profonde e complesse. I due modelli saranno modificati per tenere conto dello scuotimento sismico, introducendo nei codici la possibilità di simulare in modo semplice – ma realistico – la forzante sismica. Nel contesto di pre-evento, per aree campione definite anche sulla base dei risultati dell’analisi sinottica, saranno prodotti due insiemi di simulazioni ottenute dai modelli STONE e r.slope.stability a partire da un set comune di scenari di scuotimento, decisi sulla base delle caratteristiche morfologiche, geologiche, sismo-tettoniche e sismiche delle aree oggetto d’indagine. I risultati delle simulazioni saranno confrontati con modelli “classici” di pericolosità da frana sismo-indotta per area vasta prodotti da un modello di Newmark [Newmark 1965; Jibson 1983, 2007; Romeo 2000] applicato alle stesse aree utilizzando gli stessi dati tematici. Il confronto fra i modelli misurerà l’incremento della qualità delle zonazioni. Nel contesto di post-evento, per terremoti storici italiani per i quali sono disponibili informazioni tematiche e sulla franosità sismo-indotta (tipo, posizione geografica, estensione, numerosità delle frane), fra questi i terremoti del Friuli del 1976 [Govi 1977; Govi e Sorzana 1977], dell’Irpinia del 1980 [Agnesi et al 1983], dell’Umbria-Marche del 1997 [Esposito et al 2000; Antonini et al 2002; Marzorati et al 2002], dell’Aquila del 2009 [Guzzetti et al 2009; Piacentini et al 2013] e di Amatrice–Norcia del 2016 [Tinti et al 2016; Pucci et al 2017], verranno effettuate back analysis della franosità sismo-indotta con l’obiettivo di (a) calibrare i parametri dei modelli STONE e r.slope.stability, (b) verificare l’affidabilità e la qualità dei risultati dei modelli attraverso la validazione degli stessi con i dati disponibili sulla franosità sismoindotta, integrati con indagini geomorfologiche, e (c) sperimentare i modelli in una modalità previsionale operativa, simulandone l’utilizzo a seguito di un evento sismico. Si sperimenterà la previsione/quantificazione della distribuzione spaziale, e del numero e del volume totale delle frane sismo-indotte a partire da distribuzioni note della probabilità delle dimensioni delle frane (sismo-indotte e non), e dalla dimensione delle frane più grandi innescate da ciascun terremoto [Malamud et al 2004; Tanyas et al 2018], anche utilizzando suddivisioni territoriali basate su slope unit [Alvioli et al 2016, 2018]. Alla scala locale, il progetto opera nei contesti di pre-evento e post-evento. Nel primo caso (pre-evento), sviluppa una metodologia per la quantificazione della pericolosità sismica di frane profonde attraverso l’applicazione di modelli numerici sforzo deformativi con un approccio FEM ottimizzati per usare campi deformativi misurati con tecniche advanced DInSAR da satellite [Calò et al 2013, 2014]. Nel secondo caso (post-evento), sviluppa una metodologia per l’individuazione e la modellazione di movimenti franosi profondi co-sismici a partire da analisi DInSAR da immagini satellitari post-sismiche [Lacroix et al 2014]. Nello specifico l’attività di ricerca sarà focalizzata all’utilizzo della tecnica DInSAR Standard (singolo interferogramma) per individuare e caratterizzare le deformazioni del suolo cosismiche a carattere locale riferibili ai fenomeni franosi indotti dai terremoti utilizzando la procedura di analisi modello-residuo [Moro et al 2011]. Per il pre-evento, i siti di studio saranno scelti sulla base dei risultati dell’analisi sinottica e delle modellazioni alla mesoscala, e della disponibilità di dati geologico-tecnici superficiali e profondi. Per il post-evento, le analisi saranno condotte nelle aree colpite dai sismi dell’Aquila (2009) e di Amatrice–Norcia (2016). Modelli analitici/numerici permetteranno di definire la geometria del piano di faglia e le relazioni sforzo deformazione associate alla sorgente sismica [Castaldo et al 2018]. Verranno quindi rimosse le componenti del segnale prodotte dalla dinamica della sorgente sismica, e si analizzeranno i residui per localizzare e quantificare le deformazioni superficiali. Le deformazioni superficiali candidate a essere deformazioni di versante saranno analizzate con tecniche geomorfologiche, anche attraverso l’utilizzo di droni [Santangelo et al 2018]. Per le deformazioni riconosciute come movimenti di versante, saranno prodotti modelli numerici sforzo-deformativi ottimizzati con i campi deformativi misurati con tecniche advanced DInSAR.
Risultati
Il progetto realizza metodologie e prodotti utili a differenti utenti e/o utilizzatori. Le prime riguardano metodologie per (a) la zonazione sinottica della pericolosità da frana sismo-indotta in Italia; (b) la zonazione e la quantificazione della pericolosità da frana sismo-indotta a scala regionale; (c) la quantificazione della pericolosità di frane profonde singole in fase sismica; e per (d) l’individuazione e la modellazione geologico-tecnica di movimenti franosi co-sismici profondi a partire da analisi advanced DInSAR da satellite post-sismiche. L’applicazione a casi di studio reali delle metodologie proposte porterà alla realizzazione di un set di prodotti, e in particolare:
- Una zonazione sinottica esperta della pericolosità da frana sismo-indotta in Italia. La zonazione, in ambiente GIS open source, integrerà in modo esperto informazioni esistenti sulla franosità sismo-indotta, storica e recente, informazioni derivate dalle zonazioni della pericolosità sismica e del contesto geologico e sismo-tettonico italiano e, ove disponibili, informazioni derivate dalla micro-zonazione sismica.
- Insiemi di zonazioni della pericolosità da frana sismo-indotta a scala regionale per aree storicamente interessate da terremoti, e zonazioni della pericolosità da frana sismo-indotta per terremoti recenti che hanno generato frane.
- I risultati della quantificazione probabilistica del numero e del volume totale delle frane sismo-indotte generate dal set di terremoti storici considerati.
- Mappe di deformazioni co-sismiche dovute a fenomeni di dissesto (e.g., frane profonde cosismiche) per i terremoti dell’Aquila (2009) e di Amatrice–Norcia (2016), e modelli deformativi per alcune delle frane sismo-indotte individuate. La zonazione sinottica è pensata per utilizzatori nazionali – e.g., MATTM, MISE, MIT, DPC, gestori di infrastrutture lineari (RFI, ANAS, Autostrade, ENI), società assicurative – che potranno utilizzarla per guidare la pianificazione strategica e la manutenzione, a supporto di attività legislative, e per proporre migliori prodotti assicurativi. Alla mesoscala, le metodologie e i prodotti sono pensati per pianificatori, decisori e legislatori regionali, per i distretti idrografici, per le strutture regionali di protezione civile, per gestori di servizi a rete pubblici e privati, e per liberi professionisti (ingegneri, geologi, architetti, geometri). Le metodologie e i prodotti locali sono d’interesse delle amministrazioni locali, dei gestori locali e regionali di infrastrutture a rete e dei liberi professionisti.