Il Progetto OSU (Osservatorio Sismico Urbano – Città di Catania)

Catania

La vulnerabilità del patrimonio architettonico di Catania insieme all’alta densità di popolazione (esposizione) collocano la città tra quelle a più alto rischio sismico dell’intero territorio italiano. Inoltre, occorre considerare come il suo centro storico, ricostruito dopo il terremoto del 1693, è un caso unico nel panorama mondiale, rappresentando una importante testimonianza dell’arte e dell’architettura del tardo Barocco.

Negli ultimi 1000 anni Catania è stata colpita più volte da terremoti distruttivi come in occasione degli eventi del 1169 e del 1693, e gravemente danneggiata da altri eventi sismici (p.e., nel 1542 o nel 1818). Il terremoto del 1693 è uno degli eventi catastrofici di maggiori dimensioni che abbiano interessato la Sicilia orientale. A seguito della ricostruzione oggi Catania dispone nel suo centro storico di un patrimonio culturale e artistico di grande pregio, e per tali motivi è stata inserita nel 2002 nella Lista del Patrimonio dell’Umanità dell'UNESCO, rientrando tra le città del ben conosciuto “Val di Noto”.

L’impatto di un forte terremoto su una comunità urbana può essere ridotto con azioni intraprese in modo tempestivo e ben pianificate da parte degli organi di Protezione Civile. In tale prospettiva è di fondamentale importanza che gli organi preposti alla sorveglianza sismica del territorio nazionale, vengano dotati di strumenti di osservazione puntuale in grado di fornire informazioni utili per la gestione ottimale delle emergenze nell’immediato post-terremoto.

Negli ultimi decenni, in diverse parti del mondo, principalmente nelle aree soggette a grandi terremoti (es. Giappone, California, Sumatra, ecc..) si è assistito allo sviluppo/realizzazione di reti sismiche urbane (OSU Osservatori Sismici Urbani) e sistemi di Earthquake Early Warning (EEW), che garantiscono un monitoraggio continuo e l’elaborazione in tempo reale delle informazioni raccolte, consentendo di fornire in maniera tempestiva ai centri per la gestione delle emergenze la distribuzione dell'intensità dello scuotimento in seguito ad un terremoto. Le mappe di scuotimento in tempo reale potrebbero, infatti, consentire agli organi preposti un’ottimale gestione delle priorità ed una più adeguata ripartizione delle risorse. Le verifiche del grado di danneggiamento e di agibilità degli edifici potrebbero, inoltre, essere fatte secondo una logica prioritaria sulla base dei massimi scuotimenti misurati dalla rete sismica urbana.

Nel 2017 prende corpo l’idea di realizzare un prototipo di sistema di monitoraggio sismo-accelerometrico integrato Smart nel centro storico della città di Catania (Osservatorio Sismico Urbano), che si concretizza con la firma di un Protocollo di Intesa tra l’Osservatorio Etneo dell’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, il Dipartimento di Ingegneria dell’Università di Catania e il Comune di Catania, sotto la responsabilità del Dott. Domenico Patanè, Dirigente di Ricerca dell’INGV.

Rete OSU

Schema a blocchi del sistema di acquisizione, trasmissione ed archiviazione e visualizzazione dei dati.

A fine 2017 un progetto denominato eWAS "an early WArning System for cultural heritage" (un sistema di allerta precoce per il patrimonio culturale), viene presentato nell’ambito dell’area di specializzazione “Cultural Heritage” del bando emesso dal MIUR “Avviso per la presentazione di progetti di ricerca industriale e sviluppo sperimentale nelle 12 Aree di specializzazione individuate dal PNR 2015-2020”. Capofila del progetto è l’INGV  insieme al Comune di Catania, all’Università di Catania, all’Università di Enna “KORE” e a diverse PMI (Meridionale Impianti S.p.a., TME S.r.l., Etna Hitech S.c.p.a., N.T.E.T. Spa, Laboratori & Ricerche S.r.l., Ingegneria Costruzioni Colombrita S.r.l.).

Nel 2018 era stata avviata una prima fase di attività nell’ambito del protocollo d’intesa, che ha portato all’installazione di un primo nucleo di stazioni prototipali realizzate all’interno dell’INGV, dotate solo di accelerometro MEMS, i cui segnali sono stati acquisiti per un breve periodo presso l’Osservatorio Etneo (Patanè et al., 2018).

Nel corso del 2018 il MIUR ha approvato e finanziato il progetto eWAS, risultato primo nella graduatoria di merito dei progetti finanziati, con l’INGV  capofila ed il Comune di Catania  partner dello stesso.

Nel 2019 hanno avuto inizio le attività progettuali di eWAS e viene avviata un'accurata fase di studio, ricerca, analisi e progettazione tecnica che porta alla ri-progettazione dei sistemi di acquisizione, alla scelta della sensoristica da accoppiare (velocimetro e accelerometro) e alla valutazione dei sistemi di trasmissione dati da adottare.

Nei primi mesi del 2020 si è proceduto alla sostituzione dei primi prototipi di strumentazioni con una nuova versione di acquisitore Smart multi-parametrico e di nuovi sensori accelerometrici MEMS a più basso-rumore (OSU-AQ1), realizzati in eWAS. Inoltre, è stata avviata la progettazione e lo sviluppo di nodi sensori sempre multi-parametrici per lo Structural Health Monitoring (SHM), i cui dati confluiranno ad una stazione master (OSU-AQ) che sarà anche dotata di velocimetro ad ampia banda (5s) (Fertitta et al., 2019) e sistema di Early Warning on-site..

Nel 2021 è stata avviata la fase di installazione definitiva con le nuove stazioni OSU-AQ2 opportunamente re-ingegnerizzate dopo le esperienze condotte con i precedenti prototipi (OSU-AQ1).

Nell’ambito del protocollo di intesa erano già stati selezionati una trentina di edifici storici, tra comunali e pubblici, includendo sia edifici rilevanti (es. scuole, ospedali) sia strategici. Ciascuno di questi sarà dotato di almeno una stazione sismo-accelerometrica. Inoltre, per gli edifici del Palazzo degli Elefanti (Municipio), dell’Università di Catania (Palazzo centrale) e di Palazzo Minoriti (Prefettura), eWAS prevede il monitoraggio strutturale (SHM) attraverso un approccio di tipo ibrido (statico e dinamico) che consenta al sistema di diagnosticare e valutare lo stato di salute della struttura e la sua suscettività al danno riconducibile anche a problematiche non necessariamente solo di natura sismologica.

Mappa del centro storico di Catania con gli edifici dove sono già operative le stazioni di OSU-CT (rosso) e quelli individuati per le nuove installazioni (arancio)

Quanto verrà realizzato garantirà il raggiungimento di quattro obiettivi principali: 1) un monitoraggio sismico in tempo reale; 2) la sperimentazione di un sistema urbano di Earthquake Early Warning on-site (UEEW), come già operativo o in fase di sperimentazione in diversi paesi nel mondo (es. Giappone, USA, Messico, Cina, Turchia, Israele ecc.); 3) la valutazione rapida dei danni (da mappe di scuotimento) nell’area urbana monitorata; 4) il monitoraggio strutturale (SHM) di costruzioni storiche e delle infrastrutture strategiche che svolgono un ruolo fondamentale durante le fasi di crisi, almeno per quegli edifici in cui il numero di nodi di monitoraggio è adeguato allo scopo.

eWAS - Pubblicazioni, Lavori e Partecipazione a Convegni

  • PATANE' D., TUSA G., YANG W., ASTUTI A., COSTANZA A., COLINO A., FERTITTA G., D'ANNA G., DI PRIMA S.,  MANGIAGLI S., MARTINO C., TORRISI O. (2022) The urban seismic observatory of Catania (Italy): a real-time seismic  seismic monitoring at urban scale, Remote Sensing, in press
  • COSTANZA A., FERTITTA G., D’ANNA G., YANG W., LO IACONO F., NAVARRA G., PATANE' D. (2022), A study for the identification of a calibration system for seismic sensors, Quaderni di Geofisica INGV, n. 175
  • COSTANZA A., FERTITTA G., YANG W., D'ANNA G., CHIARABBA C., STRAMONDO S. (2021), PSGSQ, a new low cost and low power protable Geophysical Station "All in One". Design and test, Annals of Geophysics, Vol. 64, n.1, https://doi.org/10.4401/ag-8544
  • MUSUMECI R.E., FOTI E., LI ROSI D., SANFILIPPO M., STANCANELLI L.M., SAPIENZA V., YANG W., PATANE' D. (2021), Hydraulic risk for archaeological sites: results on the case study of Villa Romana del Casale. International Journal of Disaster Risk Reduction, 64, 102509,1, 2021.
  • PATANE' D., CANTARERO M., SANFILIPPO M., MUSUMECI R.E., DE BENI E. (2020), Drone monitoring of the hydraulic risk in the catchment of Villa Romana del Casale. D-SITE. Drones - Systems of Information on cultural heritage Pavia - International Conference - 24-26 June 2020
  • FERTITTA G., COSTANZA A., D'ANNA G., PATANÈ D., The Earth Lab 5s (ETL3D/5s) seismic sensor. Design and test, Annals of Geophysics, 62, Doi: 10.4401/ag-7857, 2019.
  • D’ALESSANDRO A., GRECO L., SCUDERO S., SIINO M., VITALE G., D’ANNA R., DI GANGI F., NICOLOSI D., PASSAFIUME G., SPECIALE S., CATANIA M., COSENZA P., FORESTA MARTIN L., PATANE D., MARTORANA R., RAO S., STRAMONDO S., Sviluppo di una stazione sismica low-cost basata su tecnologia MEMS, Quaderni di Geofisica, n. 153, ISSN 1590-2595, 2019
  • PATANÈ D. MALFITANA D., MAZZAGLIA A. (2019), Dalla conoscenza all’azione. Il progetto PON eWAS: un sistema di allerta precoce per la salvaguardia del patrimonio culturale, Atti del Convegno Internazionale di Studi “Monitoring and Maintenance of Archeological areas”, Parco Archeologico del Colosseo, 20-21 Marzo 2019, Roma.
  • PATANÈ D., D'ANNA G., FERTITTA G., COSTANZA A., MARTINO C., TUSA G., YANG W. (2019), La rete accelerometrica OSU-CT nel progetto eWAS, XIV Convegno Nazionale GIT – Sezione di Geoscienze e Tecnologie Informatiche, 17-19 Giugno 2019, Melfi (Pz).
  • PATANÈ D. (2018), La rete accelerometrica urbana nel centro storico della città di Catania (OSU-CT). Pubblicazioni Geologia dell’Ambiente, Supplemento al n. 1/2018, ISSN 1591-5352, p. 249-257, 2018.