rischio sismico, mitigazione del
rischio sismico, mitigazione del
rìschio sìsmico, mitigazióne del. – Con l'obiettivo di sviluppare più efficaci strategie di prevenzione sismica, le azioni per la mitigazione del rischio sismico devono coniugare l'approccio deterministico, in base al quale si sviluppano gli interventi per la definizione puntuale del rischio sismico del territorio, e quello statistico, che sembra il più idoneo, data la natura complessa dei fenomeni sismici, ad affrontare la problematica della previsione dei terremoti. Per quest'ultimo punto, le previsioni a medio termine spaziotemporale, basate sulla variazione osservabile della sismicità di fondo, sembrano avere le migliori prospettive di successo. Va segnalato che la valutazione probabilistica della pericolosità sismica in termini di accelerazione di picco del suolo attesa (PGA, Peak ground acceleration), molto utile per la pianificazione antisismica del territorio, non si è rivelata del tutto attendibile per es. nei devastanti terremoti di Gujarat e Bam, per i quali si è osservato un valore PGA molto più alto del previsto. Risulta pertanto molto interessante poter disporre di strumenti per le previsioni a medio termine spaziotemporale, che, pur individuando periodi di allarme dell'ordine dell'anno con un'incertezza spaziale di centinaia di chilometri, consentono la realizzazione sul territorio di opportune opere di prevenzione (verifica ed eventuale adeguamento, per es., con tecniche di isolamento sismico, della stabilità di edifici e vie di comunicazione; verifica dell'operatività dei soccorsi e pianificazione degli interventi di emergenza).
Previsione dei terremoti. – Secondo il Panel on earthquake prediction of the committee on seismology dello United States national research council, una previsione di un terremoto deve specificare l'intervallo di magnitudo atteso, l'area geografica in cui esso si verificherà e l'intervallo di tempo in cui accadrà con precisione sufficiente affinché il successo o il fallimento della previsione possano essere prontamente giudicati. Inoltre, gli scienziati dovrebbero anche assegnare un intervallo di confidenza a ogni previsione. In base a questa definizione si possono classificare le previsioni, per un sisma che ricada in un intervallo di magnitudo dato, in termini di allarme definito sia nel tempo sia su una superficie: si hanno così previsioni di breve, medio e lungo termine temporale (con periodi di allarme di giorni, anni e decine o centinaia di anni) che possono coinvolgere zone di superficie rispettivamente dell'ordine delle decine, centinaia e migliaia di chilometri. Tale classificazione fa riferimento alla precisione con cui si possono localizzare gli eventi sismici. Indipendentemente dalla precisione, ogni previsione deve possedere una capacità predittiva statisticamente significativa. Valutare statisticamente l'attendibilità di una previsione è un'operazione molto importante, poiché comporta l'eventuale scelta di dichiarare un allarme sismico, ossia un'opzione economicamente molto onerosa. Evacuare una città, chiudere scuole e uffici pubblici, siti industriali ed esercizi commerciali implica costi elevati. Si stima che una scelta così impegnativa sia sostenibile soltanto nel caso in cui una previsione abbia una probabilità del 50% di essere confermata, con un margine di errore di un giorno e di 50 km nelle scale, rispettivamente, temporale e spaziale.
Algoritmi di previsione. – Dal punto di vista della capacità predittiva, test condotti a partire dagli anni Novanta del 20° sec. hanno confermato l'efficacia, con una significatività statistica dei risultati superiore al 95%, in particolare di due algoritmi di previsione sismica, denominati CN e M8. Tali algoritmi si basano sull'analisi statistica della dinamica sismica di una data area attraverso l'esame di tratti caratteristici (premonitory patterns), che sono individuabili nel relativo flusso sismico mediante l'elaborazione di funzioni empiriche che ne descrivono l'andamento nel tempo. Questo approccio è coerente con la teoria dei sistemi dinamici non lineari, in base alla quale sono attese, in prossimità di una singolarità (punto critico o catastrofe), variazioni rilevabili in parametri osservabili. Gli algoritmi CN e M8, che si avvalgono in modo sostanziale dei dati registrati nei cataloghi sismici, consentono di filtrare variazioni della simicità interpretabili come fenomeni precursori di un terremoto con magnitudo superiore a un valore di soglia e, in ultima analisi, permettono di determinare un intervallo di tempo, definito TIP (Time of increased probability), in cui la probabilità di accadimento di un forte terremoto risulta elevata in modo anomalo. L'algoritmo CN, appartenente alla categoria degli algoritmi di previsione di medio termine spaziotemporale, è stato sviluppato per studiare retrospettivamente la sismicità che ha preceduto i grandi sismi verificatisi nella regione definita dagli stati della California e del Nevada, dalle cui iniziali deriva il nome. A causa delle condizioni imposte alla scelta delle dimensioni dell'area di investigazione e del valore M0 di soglia dei terremoti, l'algoritmo CN, per le previsioni di forti terremoti, utilizza dati su classi di terremoti di piccola o moderata energia che seguono in modo soddisfacente la legge di Gutemberg-Richter. Il flusso della sismicità è rappresentato dal vettore P(t)=[p1(t), …, pm(t)], in cui le funzioni pi(t) rappresentano variazioni con il tempo di vari parametri dell'attività sismica, valutati secondo finestre temporali mobili. Nella procedura di riconoscimento dei tratti (pattern recognition), tali funzioni sono elaborate per discretizzazione al fine di ottenere intervalli di tempo pericolosi, in relazione ai quali individuare TIP dell'ordine di un anno, verificata ulteriormente in modo analitico la condizione che, in quell'area, per i tre anni precedenti l'intervallo preso in esame, l'energia sismica rilasciata non sia stata alta. L'applicazione dell'algoritmo CN alla realtà italiana ha fornito risultati incoraggianti. Considerata, per es., la sismicità dell'area adriatica nel periodo 1964-2009, il metodo ha permesso di prevedere 7 eventi su 9 con M≥5,4 (78% degli eventi previsti), avendo determinato TIP per un'estensione temporale pari a circa il 36% del tempo complessivo. Anche l'algoritmo M8 (denominato in tal modo in quanto originariamente sviluppato per lo studio retrospettivo della sismicità che precede sismi di magnitudo superiore a 8 su scala mondiale) fornisce previsioni di medio termine spaziotemporale. Dal punto di vista quantitativo, tale algoritmo utilizza una descrizione ordinaria di sistema dinamico: in uno spazio delle fasi costituito dalle funzioni del flusso sismico N(t), L(t), Z(t) e B(t), ossia rispettivamente il tasso di sismicità, la variazione della sismicità dall'andamento di lungo periodo, la concentrazione spaziale in relazione alle dimensioni e alla spaziatura delle sorgenti sismiche nonché la clusterizzazione, esso consente di riconoscere un piccolo volume quadridimensionale caratterizzato da valori estremamente alti, definito criterion, in base al quale determinare un TIP. Quando la traiettoria che definisce l'evoluzione nel tempo dell'area esaminata entra nel criterion, il sistema si trova in prossimità di una singolarità e la probabilità del manifestarsi di un evento estremo aumenta a livelli sufficienti per consentire una sua effettiva previsione. L'algoritmo originario M8 è stato implementato per applicazioni in regioni a moderata attività sismica, dove è più importante ridurre le aree interessate dagli allarmi (aspetto peraltro sensibile ovviamente anche nei casi di attività sismica intensa) e la stabilità delle previsioni è un aspetto cruciale in particolare per il numero esiguo di campioni statistici da analizzare. L'algoritmo M8S, uno sviluppo di M8 realizzato in base alla sismicità del territorio italiano, è stato sperimentato con buoni risultati. Uno studio, retrospettivo e predittivo, rispettivamente, sugli intervalli temporali 1971-2002 e 2002-06, ha permesso di poter prevedere complessivamente 17 eventi sismici su 27 (64%) con un volume spaziotemporale di allarme del 37%, 40% e 38%, rispettivamente per le classi considerate di terremoto con M≥6,5, M≥6, M≥5,5. Su scala spaziale mondiale, l'algoritmo M8 e quelli da questo derivati (per es., MSc) hanno denotato buone prestazioni, consentendo di prevedere nel medio termine spaziotemporale circa l'80% dei sismi con M≥8 e il 57% di quelli con M≥7,5 (1985-2006). Essi hanno peraltro mostrato sia gravi limiti, per es. in occasione del forte sisma che il 26 dicembre 2004 ha colpito la costa nord-occidentale dell'isola di Sumatra (v. Sumatra, tsunami e terremoto di), sia ulteriori indicazioni positive, per es. in occasione del violento terremoto giapponese del 2011 (v. Fukushima, catastrofe di). I processi statistici su cui si basano questi algoritmi sono prevalentemente calibrati per riconoscere eventi estremi ma non eccezionali in rarità ed energia rilasciata. Paradossalmente, il concetto di invarianza di scala, su cui il metodo fonda la ragione del suo successo, se non modulato opportunamente con finalità specifiche, non consente di discriminare un evento di ordine superiore tra quelli che si è stabilito di ricercare. Come è accaduto nel caso dei terremoti di magnitudo inferiore, si ritiene possibile riscalare gli algoritmi M8 alla fattispecie di megaeventi (M≥9); sono in corso promettenti ricerche in merito.
Scenari deterministici per la riduzione della vulnerabilità sismica. – La caratteristica di medio termine spaziotemporale delle previsioni basate sui premonitory patterns, fa sì che esse siano utili a complemento della pianificazione degli interventi per diminuire il rischio sismico (v. ), piuttosto che per identificare allarmi localizzati. Riconoscere un luogo spaziotemporale (una zona e un intervallo di tempo, anche se non molto ristretti) in cui è atteso un evento di forte intensità è funzionale alla produzione di scenari realistici di effetto sismico. In tali scenari, acquisito l'input sismico presunto per una data zona, modellato in relazione alle caratteristiche della sorgente sismica e dei corpi rocciosi locali, si valutano in base a esso le risposte delle strutture già edificate (potendo, se necessario, progettare interventi sui manufatti per la dissipazione dell'energia sismica), e quelle delle strutture da edificare secondo le prescrizioni della normativa antisismica vigente. In Italia, l'aggiornamento sistemico della normativa tecnica per le costruzioni (d. m. 14 gennaio 2008) conferma, soltanto con finalità di gestione della pianificazione e di controllo del territorio, la classificazione del territorio nazionale in attuazione di competenza regionale in zone sismiche di quattro livelli secondo l'ordinanza p.c.m. n. 3519 del 28 aprile 2006 (ciascuno contrassegnato da un valore massimo di accelerazione orizzontale del suolo, di valore decrescente dalla zona di livello 1 – più pericolosa – a quella di livello 4 – meno pericolosa –, che rappresenta il limite superiore di un intervallo di accelerazioni, espresse come frazione dell'accelerazione di gravità, cui si attribuisce una probabilità di superamento del 10% in 50 anni). Peraltro sul singolo manufatto da edificare, l'azione sismica di riferimento progettuale, definita in base ai dati del progetto S1 dell'INGV (2005-07), si prescrive sia valutata per sito, con pericolosità stabilita per punto del territorio nazionale su una maglia quadrata di 5 km di lato, e per tipologia costruttiva, anche in riferimento alla sua vita nominale.