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Ingegneria sismica

Le basi necessarie per l’analisi locale della pericolosità sismica e dei rischi vengono elaborate dal gruppo «Ingegneria sismica». Queste basi comprendono cataloghi di terremoti storici e strumentali, modelli affidabili del moto del suolo e modelli geofisici ad alta risoluzione per la simulazione numerica per l’interpretazione delle osservazioni storiche e delle registrazioni dei terremoti presso le stazioni sismiche. La sismologia ingegneristica elabora mappe di pericolosità locale (microzonazione) ricollegando i risultati ai dati sulla vulnerabilità degli edifici al fine di poter svolgere studi affidabili dei rischi. Particolare attenzione viene data ai fenomeni indotti dai terremoti, come le cadute massi, gli smottamenti, la liquefazione dei suoli e gli tsunami nei lago.

Per poter elaborare queste basi, la sezione «Ingegneria sismica» è suddivisa in quattro gruppi di ricerca, che in parte si dedicano a questioni indipendenti ma spesso anche a questioni trasversali. Responsabile della sezione è il Prof. Dr. Donat Fäh.

Questo gruppo studia gli effetti delle caratteristiche geofisiche dell’immediato sottosuolo e della morfologia topografica sui movimenti sismici. Questo campo di ricerca combina pertanto osservazioni empiriche di risposte sismiche locali con misurazioni geofisiche in situ e informazioni indirette da livelli di conoscenza diffusa (come mappe geologiche e modelli di elevazione digitali). Le strategie per indagare la relazione fra l’amplificazione del sito e la morfologia locale comprendono modellizzazione geologica-geofisica combinata, analisi statistiche e tecniche di apprendimento automatico.

Le tipiche applicazioni degli studi sull’amplificazione locale consistono nell’implementazione del livello di risposta del sito nel quadro di più ampi progetti di valutazione del rischio sismico di varia estensione, dalla scala nazionale agli studi locali ad alta risoluzione (per es. microzonazione). Altre applicazioni riguardano la rappresentazione della risposta sismica locale nei codici di costruzione antisismica.

Il gruppo «Sismologia strong motion e caratterizzazione del sito» sviluppa e applica nuovi strumenti e tecniche al fine di effettuare misurazioni di caratterizzazione del sito in Svizzera. Il gruppo è responsabile del progetto di aggiornamento ed espansione della rete SSMNet (Swiss Strong Motion Network) fino al 2021. Le proprietà del sottosuolo locale di ciascuna nuova stazione sismica permanente sono determinate attraverso misure geofisiche e geotecniche, che ci permettono di interpretare meglio le registrazioni dei terremoti rilevati dalle stazioni. Gli sforzi del gruppo contribuiscono al miglioramento dell’analisi della pericolosità sismica in Svizzera.

Il settore di ricerca «Modellazione dei movimenti sismici del terreno» elabora metodi che permettono una simulazione numerica degli effetti dei terremoti. La modellazione di terremoti viene utilizzata laddove mancano le registrazioni, in particolare per i grandi terremoti catastrofici e per i siti che si trovano nelle vicinanze di sorgenti di onde sismiche. In questi casi è possibile da un lato calibrare le equazioni predittive del moto del suolo specifiche per il sito e, dall’altro, utilizzare anche modelli numerici deterministici del processo di frattura e della propagazione delle onde da usare per gli scenari di terremoti. A tal fine è indispensabile è una precisa inclusione delle proprietà geologiche locali. Le registrazioni delle stazioni sismiche vengono utilizzate per calibrare i modelli numerici.

Non sono solo i terremoti ad avere effetti devastanti sugli edifici e sulle infrastrutture: questi possono infatti essere provocati da fenomeni secondari indotti da un terremoto, come ad es. liquefazione del suolo, fenomeni di instabilità gravitativa o tsunami causati da frane sottomarine. Questa è l’attività strategica del gruppo di ricerca «Fenomeni legati alla sismicità indotta». Uno degli obiettivi riguarda la caratterizzazione di questi fenomeni per l’analisi della pericolosità sismica così come il rilevamento tempestivo di movimenti di masse sulla base di tipici segnali sismici. Un ulteriore aspetto è rappresentato dai precursori sismici a breve termine causati da processi nella crosta terrestre, che possono produrre segnali premonitori di tipo elettromagnetico e geochimico.

Il gruppo di ricerca «Sismologia storica e paleosismologia» analizza i terremoti che si sono verificati prima della messa in funzione della rete sismica moderna alla metà degli anni ’70 del secolo scorso. Le conoscenze acquisite con lo studio dei terremoti del passato forniscono importanti informazioni in materia di prevenzione sismica e ci permettono di localizzare le scosse e di valutare la loro intensità. Dal momento che in Svizzera i terremoti catastrofici di forte intensità si verificano in modo relativamente raro, non sono ancora disponibili dati strumentali relativi a questo tipo di terremoti. Dobbiamo quindi risalire ai documenti storici e analizzarli con metodi storico-scientifici, interpretando con sistemi paleosismologici le tracce geologiche lasciate dai terremoti di forte intensità.