Evaluation of seismic response in proximity of natural cavities

E' stata studiata la risposta sismica locale legata alla presenza di cavità sotterranee, selezionando alcuni siti campione nella regione Iblea e nell'area urbana di Catania. Sono state considerate sia cavità naturali sia scavi artificiali. Nell'area Iblea la geologia locale è caratterizzata principalmente dalla presenza di formazioni carbonatiche e calcarenitiche che si alternano a sedimenti argillosi e a vulcaniti terziarie. In questa area, quindi, la presenza di cavità è da ricondurre principalmente a fenomeni carsici a cui a volte si associa l'attività antropica che ha determinato un ulteriore ampliamento delle cavità stesse. Nell'area di Catania invece, i processi che hanno portato alla genesi delle grotte investigate sono completamente differenti. In quest'area, dal punto di vista litostratigrafico è possibile distinguere una complessa sequenza sedimentaria ricoperta da lave più o meno alterate e da piroclastiti. Questo assetto geologico ha permesso la formazione di cavità all'interno delle formazioni laviche, in seguito alle colate e al raffreddamento di lave storiche e preistoriche (Calvari & Pinkerton, 1998). Inoltre sull'origine delle cavità un ruolo fondamentale viene svolto dall'uomo in quanto alcune di esse possono essere il risultato dell'ampliamento di grotte preesistenti connesse a vecchi cimiteri sotterranei, a scavi per materiali da costruzione o a gallerie per l'approvvigionamento di acqua (Balsamo et al., 1994; Politano, 1994). Lo studio della risposta sismica locale è stato effettuato applicando tecniche di rapporti spettrali sia a registrazioni di eventi sismici sia a campionature di noise ambientale. Sono state installate quattro stazioni sismiche vicino una grotta ubicata nella zona nord di Catania e precisamente al suo interno, sulla volta, in un sito a poca distanza dalla grotta e in un sito scelto come riferimento. Durante il periodo di funzionamento della stazione sono stati registrati circa 30 eventi sismici tra locali e regionali. Inoltre sono state effettuate 400 misure di noise ambientale in 90 siti localizzati sia all'interno e sulla volta di ciascuna grotta, sia nei suoi dintorni, lungo brevi profili. I dati raccolti sono stati analizzati con tecniche di rapporti spettrali, investigando anche sulla eventuale presenza di effetti direzionali nei picchi di amplificazione spettrale osservati. Inoltre i rapporti spettrali ottenuti sono stati confrontati con i risultati di modellazioni numeriche. I risultati fìn'ora ottenuti evidenziano che un ruolo importante è giocato dalle dimensioni della sezione verticale delle cavità. In accordo con i nostri dati appare evidente che solo le cavità che hanno un'altezza superiore a 3-4 metri presentano picchi di amplificazione nei rapporti spettrali H/V, i quali, in particolare, sembrano più evidenti nei risultati delle misure effettuate sulla volta della cavità. Le analisi di risonanza direzionale evidenziano la presenza di effetti di direzionalità paralleli all'asse principale di allungamento della grotta. Le modellazioni numeriche sembrano confermare l'esistenza di fenomeni di amplificazione soprattutto sulla volta delle cavità. Sono state infine eseguite valutazioni della frequenza propria di vibrazione di edifìci realizzati nelle immediate vicinanze o sopra delle cavità. I risultati delle misure eseguite mostrano una tendenza verso una maggiore amplificazione dei picchi spettrali relativi alle frequenze naturali di vibrazione degli edifici ubicati sopra la volta delle cavità investigate.