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CoME noRMARE LA PERICoLoSItà SISMICA dA SISMICItà IndottA In ItALIA?M. Mucciarelli1,2, M. Santulin1, A. Tamaro1

1 OGS - Istituto Nazionale di Oceanografia e di Geofisica Sperimentale, Trieste2 Scuola di Ingegneria, Università della Basilicata, Potenza

Il recente rapporto redatto dal gruppo di lavoro coordinato da ISPRA (ISPRA, 2014) sullo stato dell’arte delle conoscenze sulla sismicità indotta/innescata in Italia elenca i casi di terremoti attribuiti con maggiore o minore certezza a cause antropiche. In tutto si tratta di 15 eventi sismici, tra documentati ed ipotizzati. Per rispondere all’interesse e preoccupazione che il fenomeno della sismicità indotta genera tra gli abitanti delle aree interessate da attività antropiche potenzialmente sismogeniche (vedi il caso Cavone, ICHESE, 2014 e Astiz et al., 2014), è necessario passare da una semplice descrizione e catalogazione degli eventi ad una stima della reale pericolosità degli stessi. A differenza di altre aree dove recentemente il problema della sismicità indotta è balzato all’attenzione di pubblico e ricercatori, come gli USA centrali (Ellsworth, 2013) o l’Olanda settentrionale (van Eck et al., 2006), l’Italia è un paese fortemente sismico. La pericolosità sismica derivante da sismicità indotta da attività antropiche non è normata in Italia. Questo tipo di problemi viene maggiormente avvertito in paesi in cui la sismicità naturale (tettonica e/o vulcanica) è moderata o quasi assente e l’industrializzazione del territorio ha causato eventi che possono essere attribuiti senza dubbio alcuno alla attività dell’uomo. I paesi del Nord Europa in questo campo sono i più sensibili dato che per essi ricorrono entrambe le condizioni sopra descritte (bassa sismicità, alta antropizzazione). La presenza di una notevole sismicità naturale in Italia, da un lato complica il riconoscimento di eventi indotti all’interno di una attività comunque presente, e dall’altro porta necessariamente ad un confronto tra il moto del suolo che ci si può attendere per eventi tettonici e lo scuotimento causato da eventi antropogenetici.

Questo problema è stato posto ufficialmente per la prima volta dalla Regione Emilia-Romagna, che durante le procedure di VIA per un impianto geotermico in località Pontegradella nel comune di Ferrara ha posto ai proponenti il quesito su quale fosse la relazione tra la stima di pericolosità del sito secondo le norme vigenti ed eventi noti di sismicità indotta, in termini di accelerazioni di picco e di ordinate spettrali di accelerazione, al fine di verificare se i parametri adottati per la progettazione dell’impianto proposto fossero comprensivi di eventuali fenomeni di sismicità indotta. Il problema è complicato dal fatto che non è possibile un confronto in termini omogenei di pericolosità, dato che è difficile definire in termini probabilistici in funzione del tempo la sismicità indotta. In assenza di operazioni la probabilità di sismicità indotta è ovviamente pari a zero, cosa che non accade mai per la sismicità naturale. I tempi non sono poi confrontabili, dato che molti casi noti di sismicità indotta sono accaduti nell’immediato inizio delle operazioni, ed infine è possibile in molti casi controllare l’evoluzione della sismicità indotta prima che arrivi ad eventi potenzialmente dannosi attraverso una attenta gestione degli impianti se adeguatamente monitorati (vedi Batini et al., 1985 per l’esempio delle attività geotermiche in Italia).

Per rispondere al quesito della Regione Emilia Romagna si è considerato un quindi un worst-case confrontando i valori attesi di accelerazione [MPS04: Stucchi et al. (2011)] con le forme spettrali di due eventi ben noti in letteratura.

Il primo che viene preso in esame è proveniente dai Paesi Bassi, dove le attività di estrazione e re-iniezione di gas naturale hanno causato numerosi eventi sismici indotti, il più studiato dei quali è stato un evento di magnitudo 3.5 a Roswinkel che ha causato danni non strutturali ad alcune abitazioni nelle vicinanze dell’epicentro. Ulteriori informazioni si trovano dell’articolo di van Eck et al. (2006), che a conclusione del loro lavoro propongono una forma spettrale per il near-field di eventi indotti. Occorre a questo punto fare una precisazione per spiegare come un terremoto di modesta magnitudo abbia prodotto danni: una caratteristica tipica

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della sismicità indotta è la possibilità che le scosse si verifichino molto più in prossimità della superficie rispetto a quanto accade con i terremoti tettonici. La minore profondità degli ipocentri ha come conseguenza una maggiore attenuazione allontanandosi dall’epicentro, ma anche maggiori accelerazioni e intensità macrosismiche nelle immediate vicinanze dello stesso. Un comportamento simile si ritrova in natura per i terremoti vulcanici ed è ben noto anche in Italia come sia importante utilizzare per questi terremoti delle relazioni di attenuazione e di conversione intensità-magnitudo diverse da quelle standard. Inoltre non bisogna dimenticare che in aree prive di sismicità naturale non esiste una normativa che obblighi alla costruzione di edifici sismoresistenti.

Il secondo caso è il terremoto che colpì alcune località del monte Amiata in provincia di Siena, in particolare i comuni di Abbadia San Salvatore, Radicofani e Campiglia d’Orcia il 01/04/2000. L’evento fu registrato dalla stazione accelerometrica di Piancastagnaio e la magnitudo attribuita da INGV mostra una notevole discrepanza tra la magnitudo locale (Ml=3.9) e la magnitudo momento (Mw=4.5). Questa differenza può essere attribuita alla profondità estremamente limitata dell’evento (2 km) che fa ipotizzare si tratti di un sisma legato allo sfruttamento geotermico dell’area. Ulteriori notizie sui danni strutturali causati dall’evento e sulla mappa delle accelerazioni stimate si trovano in un articolo di Mucciarelli et al. (2001).

Gli spettri dei due eventi sono qui confrontati con quelli previsti dalla norma per il sito di Pontegradella (Fig. 1)

Si può notare come gli spettri proposti dalla normativa olandese abbiano un contenuto prevalente ai corti periodi, e che pur partendo da una PGA di ancoraggio leggermente superiore a quella dello spettro SLV ne rimangano poi molto al di sotto per tutti i periodi. Per l’evento di Monte Amiata, nonostante una maggiore ricchezza spettrale, le accelerazioni registrate rimangono ampiamente al di sotto dello spettro SLV per tutti i periodi.

A questo punto ci si è posti il problema della estensione dello studio a tutto il territorio nazionale, confrontando le due forme spettrali con i valori attesi delle accelerazioni fornite da MPS04. Il primo confronto è stato fatto con una probabilità di eccedenza del 10% in 50

Fig. 1 – Confronto tra la normativa olandese per la sismicità indotta, il terremoto di Monte Amiata del 2000 e lo spettro SLV per il comune di Ferrara, considerando una classe di suolo C.

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anni, ovvero un periodo di ritorno di 475 anni, il valore standard per la maggior parte delle progettazioni. La Fig. 2 riporta il valore del rapporto tra i valori di normativa divisi per quelli da sismicità indotta.

Si noti come in termini di PGA la normativa olandese superi in buona parte i valori di norma italiani, ma già per periodi di 0.2 secondi la normativa italiana fornisce valori superiori su tutto il territorio nazionale. L’indagine non è stata estesa a periodi più lunghi di 0.5 s dato che già per questo periodo solo una limitatissima porzione del Piemonte mostra un rapporto intorno ad 1. Per l’evento dell’Amiata il caso è diverso. La massima estensione di territorio dove lo spettro del terremoto supera quello atteso dalla norma si ha per un periodo di 0.2 s, mentre è minore per la PGA e si riduce molto per 0.5 s. Per località lungo la catena Appenninica e nelle Prealpi centro-orientali la sismicità naturale è sempre prevalente. E’ interessante come in Toscana, dove avvenne il terremoto del 2000, le ordinate di quest’ultimo sono sempre superiori ai valori attesi (su roccia) lungo tutto il litorale e nella fascia collinare interna.

Dato che il verificarsi di un evento simile a quello dell’Amiata 2000 porta al superamento dei valori di normativa per i valori di progetto per strutture ordinarie su una significativa porzione delle aree meno sismiche del paese, si è proceduto a considerare altri due valori di interesse, ovvero il periodo di ritorno a 975 (utilizzato per le dighe) ed a 2475 anni (utilizzato per le strutture strategiche). Il confronto è mostrato in Fig. 3.

L’area interessata dal superamento dei valori di normativa si riduce significativamente per i tempi di ritorno più lunghi.

Da questi risultati preliminari emergono alcune considerazioni.Durante l’esame di VIA di impianti od opere potenzialmente in grado di generare sismicità

indotta andrebbe ipotizzata la magnitudo massima di quest’ultima e si dovrebbero porre in atto confronti tra le forme spettrali di normativa e quelle di eventi indotti.

Uno sviluppo del presente lavoro consisterà nel confrontare gli spettri di eventi indotti con

Fig. 2 – Confronto tra la normativa olandese per la sismicità indotta, il terremoto di Monte Amiata del 2000 e lo spettro con 10% di probabilità di occorrenza in 50 anni per tutto il territorio italiano.

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la vecchia classificazione sismica, per tenere conto dei problemi di sottoprotezione che possono riguardare le aree a media sismicità non precedentemente classificate.

Infine bisogna menzionare il caso particolare della Sardegna, per la quale non ci sono valori di accelerazione per il confronto prima riportato. Mulargia e Castellaro (2004), incrociando i dati di pericolosità sismica con la distribuzione di risorse geotemiche, concludevano che “la zona in cui lo sfruttamento geotermico con il sistema a rocce calde secche è plausibile si trova in Sardegna, nel Campidano, dove le temperature a 1000 metri di profondità sono di oltre 100 gradi e la sismicità è virtualmente nulla”. Se questo è corretto per minimizzare la possibilità di forti eventi innescati dall’attività antropica, bisogna considerare però che la geotermia stimolata ha molta più probabilità di causare sismicità indotta delle tecniche a circolazione di fluidi a bassa e media entalpia (si vedano i casi di Basilea e San Gallo in Svizzera). Un evento anche di modesta magnitudo in Sardegna potrebbe causare accelerazioni sufficienti a danneggiare edifici che non sono mai stati progettati in maniera antisismica.

Ringraziamenti. Lo studio presentato ha beneficiato del contributo finanziario della Presidenza del Consiglio dei Ministri - Dipartimento della Protezione Civile; la presente pubblicazione, tuttavia, non riflette necessariamente la posizione e le politiche ufficiali del Dipartimento. Per lo studio della pericolosità sismica di Pontegradella (FE) si riconosce il contributo economico di HERA

bibliografiaAstiz L., J. H.Dieterich, C.Frohlich, B. H. Hager, R Juanes, and J. H Shaw; 2014: On the potential for induced

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Batini, F., Console, R., Luongo, G.; 1985: Seismological study of Larderello-Travale geothermal area. Geothermics 14: 255-272.

Ellsworth, W.L.; 2013: Injection-induced earthquakes. Science, 341, DOI:10.1126/science.1225942.

Fig. 3 – Confronto tra il terremoto di Monte Amiata del 2000 e gli spettri con 2, 5 e 10% di probabilità di occorrenza in 50 anni per tutto il territorio italiano.

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Gruppo di Lavoro MPS; 2004: Redazione della mappa di pericolosità sismica prevista dall’Ordinanza PCM 3274 del 20 marzo 2003. Rapporto Conclusivo per il Dipartimento della Protezione Civile, INGV, Milano-Roma, aprile 2004, 65 pp. + 5 appendici.

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ISPRA; 2014: Rapporto sullo stato delle conoscenze riguardo alle possibili relazioni tra attività antropiche e sismicità indotta/innescata in Italia., 71 pp., http://www.isprambiente.gov.it/files/notizie-ispra/notizia-2014/rapporto-sismicita-indotta-innescata-in-italia/Rapporto_sismicita_indotta_innescata_in_italia.pdf

Mucciarelli M., Gallipoli M.R., Fiaschi A., Pratesi G.; 2001: Osservazioni sul danneggiamento nella zona del Monte Amiata a seguito del terremoto del 1° Aprile 2000. Atti del X Congresso Nazionale “L’Ingegneria Sismica in Italia”, Potenza-Matera, CD-Rom Edition.

Mulargia F, S. Castellaro; 2004: Geotermia stimolata e rischio sismico: un compromesso difficile. Atti della Conferenza Nazionale sulla Politica Energetica in Italia, Bologna 16-18 aprile 2004.

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