Amplificazione sismica ed analisi di vulnerabilità sismica: facciamo chiarezza

Creato: Mercoledì, 09 Agosto 2017 05:05

Prima di iniziare a leggere armati di pazienza, perchè - contrariamente alla filosofia tipica del web - quest'articolo è lungo proprio per la peculiarità degli argomenti trattati.

 

IL PROBLEMA DELL'AMPLIFICAZIONE SISMICA

analisi dinamica 2d teramo

Nel 2005 ho scritto un modello matematico per l'analisi 2D degli effetti dei terremoti sulle struttture e sul territorio; assieme al geologo Matteo Siena e agli ingegneri Andrea Di Biagio ed Agreppino Valente li ho applicati ad un ponte ed alla città di Teramo per poi discuterne i risultati in un convegno. Abbiamo scoperto, prima che i terremoti del 2009 e del 2016 ci fornissero la validazione del modello in termini di distribuzione del danno, che il sottosuolo del centro storico di Teramo (formato da ghiaie sabbiose alluvionali, aventi uno spessore medio pressochè costante di 22-24 metri) ha una frequenza fondamentale di 3.38 Hz ed un periodo fondamentale di 0.3 secondi, ai quali corrispondono due effetti: 1) un'amplificazione sismica di 4 volte delle onde sismiche che si propagano nella roccia sottostante; 2) il danneggiamento preferenziale degli edifici di 2-3 piani.

Il 24 agosto 2016 e il 30 ottobre 2016 l'accelerometro di Teramo posto su roccia (ad un paio di centinaia di metri dal centro storico) ha misurato valori di 0.065g e 0.08g; tenuto conto che la trasformata di Fourier ha all'ancirca confermato gli stessi valori per l'armonica corrispondente alla frequenza fondamentale del centro storico, facendo la semplice moltiplicazione frequenza per frequenza tra i valori registrati e l'amplificazione sismica centrata sui 3.38 Hz si ottengono accelerazioni al suolo di 0,26g e 0,32g; ossia, gli edifici del centro storico di Teramo (ma anche di via Cona, con gli stessi terreni ed in misura diversa - ma non inferiore - di Piano della Lenta) hanno subito accelerazioni superiori a quelle previste dalle vigenti norme tecniche con le quali progettiamo i nuovi edifici ed analizziamo gli edifici esistenti.

amplificazione sismica amatrice

La figura sopra illustra le accelerazioni registrate il 30 ottobre da alcuni accelerometri posti ad Amatrice, il cui sottosuolo è costituito da terreni alluvionali aventi uno spessore massimo di 25 metri, aventi una stretta analogia con quelli del centro storico di Teramo; dalla lettura dei dati emerge che: 1) il terremoto si è propagato nella roccia sottostante l'abitato con un'accelerazione massima di 0.11g; 2) il terremoto si è propagato sulla superficie dei terreni alluvionali, dove lo spessore è massimo, con un'accelerazione di 0.54g; 3) l'amplificazione sismica ha raggiunto il valore massimo di 4,9. I fabbricati maggiormente danneggiati o crollati sono stati quelli di 2-3 piani, essendo ormai acclarato che i terreni alluvionali rispondono ai terremoti all'incirca allo stesso modo in funzione del proprio spessore e della velocità con la quale vi si propagano le onde sismiche.

Analoghi effetti sono stati registrati in altri paesi fondati sui medesimi terreni.

Recentemente sono state eseguite le analisi di vulnerabilità sismica delle scuole di Teramo e per alcune di essere sono emersi indici di vulnerabilità di 0,08 pur non essendo crollate e pur non avendo subito alcun danno strutturale; eppure, hanno subito terremoti di entità superiore a quelli previsti dalla norma, con i quali si eseguono le stesse analisi di vulnerabilità sismica. Pur conoscendo l'argomento (chi mi conosce, chi studia sui miei libri o frequenza le mie lezioni sa che conosco bene il mondo della geologia, dell'ingegneria e della matematica), vista la peculiarità dell'argomento ho preferito interpellare 2 esperti ai quali ho chiesto di scrivere un'analisi ragionata del problema.

 

OSSERVAZIONI SULLE VALUTAZIONI DI VULNERABILITA' SISMICA E DI RISCHIO SISMICO

prof. Marco Mezzi, docente di "Costruzioni in zona sismica" - Università di Perugia

ing. Paolo Petrella, esperto nella riabilitazione degli edifici danneggiati dal sisma

 

1        PREMESSA

La necessità di svolgere valutazioni di vulnerabilità sismica sugli edifici esistenti nasce dalle disposizioni della O.P.C.M. 3274 del 20 marzo 2003 "Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica" pubblicata nella G.U n.108 dell'8/5/2003, ai punti 3 e 4 dell'Art.2 disponeva quanto riportato di seguito.

"3. È fatto obbligo di procedere a verifica, da effettuarsi a cura dei rispettivi proprietari, ai sensi delle norme di cui ai suddetti allegati, sia degli edifici di interesse strategico e delle opere infrastrutturali la cui funzionalità durante gli eventi sismici assume rilievo fondamentale per le finalità di protezione civile, sia degli edifici e delle opere infrastrutturali che possono assumere rilevanza in relazione alle conseguenze di un eventuale collasso. Le verifiche di cui al presente comma dovranno essere effettuate entro cinque anni dalla data della presente ordinanza e riguardare in via prioritaria edifici ed opere ubicate nelle zone sismiche 1 e 2, secondo quanto definito nell'allegato 1."

"4. In relazione a quanto previsto al comma 3, entro sei mesi dalla data della presente ordinanza il Dipartimento della protezione civile e le regioni provvedono, rispettivamente per quanto di competenza statale e regionale, ad elaborare, sulla base delle risorse finanziarie disponibili, il programma temporale delle verifiche, ad individuare le tipologie degli edifici e delle opere che presentano le caratteristiche di cui al comma 3 ed a fornire ai soggetti competenti le necessarie indicazioni per le relative verifiche tecniche, che dovranno stabilire il livello di adeguatezza di ciascuno di essi rispetto a quanto previsto dalle norme."

La definizione delle categorie di edifici da sottoporre a verifica e le modalità di verifica furono inizialmente definite nel DPCM 21 ottobre 2003 n.3685 (Gazzetta Ufficiale N. 252 del 29 Ottobre 2003) "Disposizioni attuative dell'art. 2, commi 2, 3 e 4, dell'ordinanza del Presidente del Consiglio dei Ministri n. 3274 del 20 marzo 2003,recante «Primi elementi in materia di criteri generali per la classificazione sismica del territorio nazionale e di normative tecniche per le costruzioni in zona sismica»".

In particolare, l'Allegato 2 di tale decreto riguarda specificamente le "Indicazioni per le verifiche tecniche da effettuarsi su edifici e opere strategiche o importanti, ai sensi di quanto previsto ai commi 3 e 4 dell'art. 2 dell'ordinanza n. 3274/2003."

2        MODALITà DI VALUTAZIONE DELLA VULNERABILITà SISMICA

Il DPCM n.3685 prevede tre livelli di verifica. Il primo livello (livello 0) prevede unicamente l'acquisizione di dati sommari sull'opera ed ha soltanto carattere di rilevazione statistica. Il Livello 1 ed il Livello 2 si differenziano per il diverso livello di conoscenza della costruzione ed i diversi strumenti di analisi e di verifica previsti.

La procedura correntemente più impiegata è quella più accurata corrispondente al Livello 2, che in ogni caso va applicata ad edifici non regolari e ad edifici ed opere ad alta priorità, fatte salve le limitazioni previste dalle norme (NTC2008, §7.3.4.1). Il Livello 2 di verifica prevede infatti la determinazione di una curva di capacità globale forza-spostamento della costruzione attraverso un'analisi statica non lineare (analisi pushover), con la conseguente valutazione dei livelli di accelerazione al suolo corrispondenti agli stati limite definiti dalle norme e dei loro rapporti con le accelerazioni di domanda definite per gli stessi stati limite. Questi ultimi rapporti sono definiti e comunemente chiamati "indicatori di rischio", anche se impropriamente, come si evidenzierà in seguito.

Facendo riferimento alle costruzioni in c.a., secondo le originarie procedure attuative illustrate nel D.M. 3685, le condizioni limite per cui valutare la vulnerabilità sono le seguenti:

-     il verificarsi del primo collasso a taglio, o del collasso di un nodo o dell raggiungimento della rotazione ultima ad un piano, per individuare la capacità al collasso;

-     il raggiungimento della rotazione di danno severo ad un piano per individuare la capacità allo stato limite di salvaguardia della vita (allora definito stato limite "di danno severo");

-     il raggiungimento della rotazione di snervamento ad un piano per individuare la capacità allo stato limite di danno.

A seguito della successiva armonizzazione con le sopraggiunte Norme Tecniche per le Costruzioni del 2008 (D.M. 14 gennaio 2008), la "Scheda di sintesi della verifica sismica di edifici strategici ai fini della protezione civile o rilevanti in caso di collasso a seguito di evento sismico" prevede la valutazione della capacità resistente della costruzione per i "tipi di rottura" individuati - per le costruzioni in c.a., in acciaio ed in muratura - nella tabella del §26 della scheda riportata di seguito. Le condizioni limite per le strutture in elevazione in c.a. sono sostanzialmente le stesse, quelle per le murature ne sono un'estensione.

accelerazione suolo periodo ritorno stati limite

 

3        OSSERVAZIONI SULLE CRITICITà CONNESSE ALLE VALUTAZIONI CONVENZIONALI DI VULNERABILITà SISMICA

È esperienza comune che le verifiche di vulnerabilità condotte secondo le procedure previste in attuazione della originaria Ordinanza, delle successive integrazioni e delle successive Norme Tecniche per le Costruzioni del 2008 (D.M. 14 gennaio 2008) portano quasi sempre a valutare valori di vulnerabilità molto elevati, corrispondenti a valori molto bassi dei cosiddetti "indicatori di rischio". Ciò dipende fondamentalmente dal fatto che gli edifici oggetto di verifica sono datati e spesso progettati senza alcuna considerazione per le azioni sismiche e pertanto la loro capacità sismo-resistente risulta molto bassa quando la si valuti con riferimento alle prescrizioni delle norme correnti i cui principi sono orientati alla progettazione degli edifici nuovi.

Sostanzialmente il basso valore di capacità sismica, e quindi l'elevata vulnerabilità sismica stimata per le costruzioni, deriva spesso dall'applicazione semplicistica ed acritica alle costruzioni esistenti di procedimenti normativi di analisi e verifica concepiti per la progettazione di nuove costruzioni. Questa situazione si verifica in quanto anche, e soprattutto, nei codici di calcolo automatici le procedure utilizzate per le verifiche sono direttamente mutuate da quelle implementate per il progetto delle nuove costruzioni.

Per evidenziare con maggiore chiarezza le questioni poste, si elencano a scopo esemplificativo, nei punti seguenti, alcune situazioni più emblematiche che possono determinare la sottostima della capacità sismo-resistente delle costruzioni.

a)   Resistenza a taglio. Una condizione critica per la definizione della capacità sismo-resistente di una costruzione è spesso rappresentata dall'attingimento della resistenza ultima a taglio di un elemento resistente in c.a. connessa alle inadeguatezza dei presidi costruttivi (tipicamente una carenza di staffatura) nei confronti di questa sollecitazione. In questo ambito va considerato che anziché utilizzare metodi standard di valutazione della resistenza a taglio definiti per le nuove costruzioni si possono e si debbono utilizzare metodi di valutazione della resistenza a taglio alternativi, più adatti alla stima di resistenza di un elemento pre-esistente e comunque presenti nelle normative italiane ed internazionali (EC8).

b)   Capacità dei nodi. Anche la valutazione di capacità dei nodi trave-pilastro nel c.a., se acriticamente ricondotta alle verifiche di resistenza nominale previste nelle norme vigenti, può portare a stimare inadeguatezze in realtà non sussistenti. Le verifiche dei nodi devono svolgersi sulla base di adeguate considerazioni sulla loro effettiva configurazione e sull'effettivo andamento delle sollecitazioni che può essere diverso da quello assunto come riferimento per le verifiche formali di norma.

c)   Condizioni di stato limite. Per quanto riguarda le configurazioni che individuano uno stato limite, queste non vanno identificate con l'attingimento dello stato limite di un solo elemento, come usualmente viene fatto nelle procedure di valutazione, in particolare in quelle automatizzate, ma vanno determinate analizzando criticamente l'evoluzione successiva al collasso nominale di un singolo elemento. D'altra parte le stesse NTC2008 ricordano che "I meccanismi duttili possono essere attivati in maniera diffusa su tutta la costruzione, oppure in maniera non uniforme, ad esempio localizzandosi in alcune parti critiche o su un unico piano. La plasticizzazione di un elemento o l’attivazione di un meccanismo duttile in genere non comportano il collasso della struttura. I meccanismi fragili possono localizzarsi in qualsiasi punto della struttura e possono determinare il collasso dell’intera struttura." (8.7.2 NTC2008). E nelle stesse istruzioni alla redazione della citata "Scheda di sintesi della verifica sismica di edifici strategici ..." è scritto, in maniera anche più semplice e diretta, che "... Il professionista è incoraggiato a non fermare l’analisi all’attivazione del primo meccanismo ma a portarla avanti in modo da poter valutare cosa accadrebbe se quel meccanismo venisse disattivato grazie ad un opportuno intervento (ad esempio se il primo meccanismo è un collasso a taglio, spingere comunque oltre l’analisi per vedere se, eliminato quel meccanismo, aumenta in modo significativo la capacità e da quale meccanismo è determinata. ..."

d)   Resistenza dei materiali. Un altro aspetto rilevante è quello associato alla resistenza attribuita ai materiali. La scelta delle resistenze di calcolo dei materiali strutturali, pur inquadrata nel rispetto delle prescrizioni normative,  deve essere accuratamente e criticamente ponderata in relazione alla numerosità, alla tipologia ed alle risultanze delle prove in situ, nonché all'effettivo stato della costruzione. Per esempio, nel caso delle murature occorre tenere conto del fatto che i valori delle resistenze dei materiali riportati nella tabella C8A.2.1 della Circ. C.S.LL.PP. n.617 del 2/2/2009 (Istruzioni alle NTC2008), e presi come riferimento nelle valutazioni, non sono rappresentativi di murature in condizioni ordinarie, bensì di murature nelle peggiori condizioni ipotizzabili. D'altra parte nel comma che segue la citata tabella è espressamente scritto che "Nel caso delle murature storiche, i valori indicati nella Tabella C8A.2.1 sono da riferirsi a condizioni di muratura con malta di scadenti caratteristiche, giunti non particolarmente sottili ed in assenza di ricorsi o listature che, con passo costante, regolarizzino la tessitura ed in particolare l’orizzontalità dei corsi. Inoltre si assume che, per le murature storiche, queste siano a paramenti scollegati, ovvero manchino sistematici elementi di connessione trasversale (o di ammorsamento per ingranamento tra i paramenti murari).". Questo aspetto, se non opportunamente ponderato, può da solo determinare esiti drammaticamente negativi delle valutazioni di vulnerabilità e paradossalmente è tanto più penalizzante, quanto più il materiale strutturale della costruzione è di migliore qualità.

In definitiva occorre consapevolezza che le valutazioni di vulnerabilità devono svolgersi, attraverso passaggi motivati, nell'ambito di un processo controllato e non possono ricondursi ad una mera, banale, acritica applicazione di procedure standard perché c'è la possibilità che, a causa delle fragilità intrinseche nella costruzione esistente, si arrivi a valutazioni eccessivamente sottostimate della capacità sismo-resistente della costruzione e di conseguenza a formulare erronei ed immotivati giudizi nell'ambito dei processi decisionali di definizione delle necessità e delle priorità degli interventi.

4        INADEGUATEZZA DELLA VALUTAZIONE CONVENZIONALE DI VULNERABILITà SISMICA

A parte le raccomandazioni, precedentemente ricordate, da adottare nella conduzione del processo di valutazione della vulnerabilità, è necessario chiarire che il valore di vulnerabilità sismica del fabbricato, calcolato secondo i criteri di calcolo (indicatori di rischio) previsti dalla norma, non è rappresentativo della entità delle conseguenze sugli occupanti in occasione di un evento sismico e quindi non può essere inteso come parametro di misura del rischio sismico.

Infatti le condizioni prestazionali definite dalla norma NTC2008 per identificare lo stato per il quale si valuta la vulnerabilità sismica della costruzione corrispondono al raggiungimento di una condizione limite di capacità di un singolo elemento strutturale. A questa condizione corrisponde un danneggiamento molto localizzato, definibile "danno limitato", che interessa un solo elemento strutturale (p.es. una trave o un pilastro) e che, di fatto, è poco rilevante in termini di conseguenze sugli occupanti: al raggiungimento del limite di capacità di un singolo elemento sono infatti associati danni locali con conseguenze che possono interessare le persone nelle immediate vicinanze. Soltanto in presenza di "collassi" di gruppi di elementi aggregati (travi e pilastri connessi) è plausibile il verificarsi di crolli parziali di impalcati o di porzioni di edificio tali da produrre gravi conseguenze sugli occupanti.

Ai fini di una corretta interpretazione della effettiva situazione dell'edificio da parte della proprietà, ovvero del responsabile dell'utilizzo della costruzione, in relazione alle azioni da adottare ed ai tempi nei quali tali azioni devono essere intraprese, è opportuno rifarsi non solo alla valutazione di vulnerabilità condotta secondo le prescrizioni di norma, ma anche alle risultanze di una effettiva analisi del rischio di conseguenze sulla costruzione.

Ai fini delle azioni da intraprendere a seguito degli esiti delle verifiche è infatti di interesse quanto stabilito nella nota del Dipartimento della Protezione Civile DPC/SISM/0083283 del 4/11/2010 avete per oggetto "Chiarimenti sulla gestione degli esiti delle verifiche sismiche condotte in ottemperanza all'art.2 comma 3 dell'OPCM n.3274 del 23/3/2003". In tale nota è detto tra l'altro che "se il soggetto è privato, comunque obbligato alla verifica ........ egli comunque deve attivarsi in funzione degli esiti della verifica interagendo con il tecnico che l'ha redatta: qualora emergesse la necessità di un intervento esso dovrebbe essere attivato in un tempo compatibile con le condizioni di rischio riscontrate". Nell'ambito delle esperienze e dei testi attinenti alla problematica indicati nella stessa nota è altresì detto che "nella scelta delle tempistiche e delle priorità di intervento debbano intervenire anche altri fattori, oltre al valore dell'accelerazione di ancoraggio dello spettro che caratterizza la capacità della struttura (ovvero dell'esito dell'analisi di vulnerabilità, NdR), quali: l'esposizione di vite umane (ad esempio il numero di studenti nel caso delle scuole, il tempo di permanenza); .....; le disponibilità economiche, tenendo conto anche del quadro complessivo delle costruzioni di competenza di un medesimo proprietario-gestore o ente preposto alla programmazione di interventi".

Nell'ambito di tale quadro è proprio un'analisi di rischio delle conseguenze economiche e sugli occupanti che rappresenta lo strumento insostituibile di supporto a chi deve assumere decisioni sulle azioni e sulla tempistica degli interventi.

5        DEFINIZIONE DI RISCHIO DELLE CONSEGUENZE

Le successive considerazioni intendono chiarire la significatività e la rilevanza di uno studio avente per obiettivo la valutazione dell'effettivo rischio di conseguenze di un attacco sismico sulla costruzione che vada oltre la ordinaria ed inadeguata valutazione di vulnerabilità.

È necessario preliminarmente riformulare alcune definizioni di base necessarie alla corretta comprensione delle valutazioni effettuate nell'ambito di questo tipo di analisi. Poiché il termine "rischio" è spesso utilizzato in maniera non rigorosa per indicare quantità di altra natura, nell'ambito di una procedura di analisi del rischio è infatti necessario chiarire in maniera esplicita il significato dei termini che vengono utilizzati quali: pericolosità sismica (hazard), vulnerabilità sismica (vulnerability), esposizione (exposure), rischio (risk), azione sismica, effetti potenziali o possibili, cioè danni (damage) e perdite (losses), scenari di danneggiamento associati ad un terremoto (earthquake scenarios).

Per valutazione del rischio si intende la determinazione quantitativa del rischio connesso ad una reale situazione di pericolosità cioè alla presenza di un pericolo per l'incolumità delle persone o l'integrità di beni. Il rischio è espresso attraverso due grandezze componenti:

·          entità della potenziale conseguenza (perdita) connessa al verificarsi del pericolo;

·          probabilità che la conseguenza (perdita) si verifichi.

La valutazione quantitativa del rischio richiede pertanto il calcolo di queste due quantità.

Talvolta il termine "rischio" viene utilizzato con il significato di "pericolosità", per esempio a volte si usa l'espressione "l'area è soggetta a rischio sismico" per indicare che in quell'area possono verificarsi terremoti. Questo significato non è corretto. Nel contesto considerato è il parametro "pericolosità" che indica la ragionevole possibilità o probabilità che si verifichi un terremoto, ovvero la "pericolosità" indica la presenza di un pericolo, ovvero di una minaccia, che potrebbe avere conseguenze sulla incolumità delle persone o sulla integrità dei beni. La "pericolosità sismica" è espressa mediante la definizione dei livelli di intensità del terremoto che si può verificare con predefiniti valori di probabilità al sito dell'edificio considerato.

In altri casi il termine "rischio" viene utilizzato con il significato di "vulnerabilità", infatti a volte si usa l'espressione "l'edificio presenta un elevato rischio sismico" per indicare che l'edificio non è in grado di sostenere l'attacco di terremoti violenti. Anche nelle schede di valutazione della vulnerabilità previste dalla Protezione Civile vengono definiti dei parametri che di fatto misurano la vulnerabilità sismica dell'edificio e che sono denominati "indicatori di rischio". Anche questo significato non è corretto. Nel contesto considerato, ed in termini assolutamente generali, il parametro "vulnerabilità" indica la propensione della struttura a subire danni a seguito di un terremoto che potenzialmente può verificarsi nel sito dove è costruita. In termini quantitativi la definizione di vulnerabilità richiede di caratterizzare:

·          gli elementi della struttura che possono subire i danni;

·          l'azione sismica che causa i danni e la sua severità;

·          i possibili effetti del terremoto e la loro quantificazione;

·          la propensione a subire danni in funzione della severità dell'azione sismica.

Infine nel presente contesto il parametro "esposizione" esprime la condizione per cui dei valori sono soggetti a poter subire conseguenze negative per gli effetti di un terremoto. I valori di cui si tratta possono essere le persone, le proprietà, i redditi, le responsabilità.

In definitiva il "rischio" rappresenta la probabilità che un valore (le persone, le proprietà, i redditi, le responsabilità) esposto al pericolo sismico possa subire una conseguenza negativa perché collocato in una condizione di vulnerabilità. Il rischio risulta pertanto essere il risultato combinato (si tratta di una convoluzione, considerata la natura probabilistica delle componenti) di pericolosità, vulnerabilità, esposizione:

Rischio = Pericolosità × Vulnerabilità × Esposizione

6        PROCEDURA DI VALUTAZIONE DEL RISCHIO SISMICO EFFETTIVO

La procedura di valutazione del rischio delle conseguenze di un attacco sismico su di un edificio prevede un percorso di acquisizione e definizione di conoscenze: input sismico, risposta strutturale, danni associati alla risposta, conseguenze su cose e persone.

In primo luogo viene definita la pericolosità sismica del sito. La valutazione è condotta utilizzando la pericolosità definita nell'ambito della vigenti norme NTC2008 o attraverso studi specifici sul sito.

La vulnerabilità della struttura viene valutata secondo una visione multi-scenario: la capacità della struttura viene calcolata con riferimento a vari scenari di danneggiamento corrispondentemente ai quali si eseguono le valutazioni delle conseguenze secondo una procedura di calcolo che porta poi alla valutazione del rischio. La procedura cui si intende fare riferimento utilizza almeno tre scenari di danneggiamento.

Gli scenari di danneggiamento vengono definiti in base al numero di elementi strutturali (travi e pilastri) "collassati". Nell'ambito delle procedure di valutazione della vulnerabilità di una costruzione il termine "collasso" identifica una situazione per la quale si raggiungono i limiti di prestazione meccanica delle sezioni dell'elemento convenzionalmente definiti per le sollecitazioni rilevanti. Il raggiungimento di tali limiti prestazionali significa che l'elemento ha raggiunto un livello di danneggiamento notevole, tale per cui esso non può fornire ulteriori contributi alla capacità sismo-resistente della costruzione. In ogni caso però il danno è - come detto, e sempre convenzionalmente - considerato riparabile, anche se l'edificio potrebbe richiedere lo sgombero degli occupanti. In definitiva occorre quindi chiarire che alla condizione convenzionale di "collasso" dell'elemento nel calcolo non corrisponde una situazione di crollo vero e proprio dell'elemento stesso. Al "collasso" di un singolo elemento sono associati danni con conseguenze che interessano soltanto componenti, oggetti e persone nelle immediate vicinanze. Soltanto in presenza di "collassi" di gruppi di elementi aggregati (travi e pilastri connessi) è plausibile il verificarsi di crolli parziali di impalcati o di porzioni di edificio tali da produrre gravi conseguenze su componenti strutturali, non strutturali, contenuti e occupanti.

Il primo scenario di danneggiamento considerato è denominato "Stato Limite di Salvaguardia della Vita Nominale" ("SLV Nominale"). Questo scenario corrisponde alle condizioni prestazionali definite dalla norma NTC2008 per lo stato limite SLV di strutture in c.a., ovvero lo stato limite è definito corrispondentemente al "collasso" del primo elemento strutturale. Questo scenario, qui definito "nominale", è quello per il quale viene condotta, a termini di norma, l'analisi di vulnerabilità e che porta alla valutazione dell'indice di vulnerabilità della costruzione. A questa condizione  corrisponde quindi un danneggiamento molto localizzato che possiamo definire "danno limitato" (ovvero "locale" o "circoscritto"). Il quadro di "collasso" convenzionale corrispondente al limite di capacità assunto per la valutazione della vulnerabilità dell'edificio interessa un solo elemento strutturale con conseguenze sugli occupanti poco rilevanti.

Ai fini delle analisi di rischio delle conseguenze economiche e sugli occupanti è pertanto necessario prendere in considerazione scenari di danneggiamento della costruzione più gravi di quello corrispondente allo Stato Limite di Salvaguardia della Vita (SLV) Nominale previsto dalla norma per la valutazione della vulnerabilità delle costruzioni.

Il secondo scenario di danneggiamento considerato è denominato "Stato Limite di Danneggiamento Esteso" ("SLV Esteso"). Questo scenario corrisponde a condizioni prestazionali che vanno oltre il "collasso" del primo elemento strutturale definito dalla norma NTC2008 come condizione corrispondente allo stato limite SLV di strutture in c.a. Lo scenario "SLV Esteso" viene fatto convenzionalmente corrispondere al collasso di una percentuale significativa di elementi (p.es. 10% di tutti gli elementi della struttura, 20% degli elementi di un piano). Allo scenario "SLV Esteso" corrisponde un danneggiamento significativo della struttura, qui definito "danno esteso". Nell'ambito dello scenario si ammettono possibili crolli parziali della costruzione risultandone conseguenze anche rilevanti sui costi di intervento e sugli occupanti.

Il terzo scenario di danneggiamento considerato è denominato "Stato Limite di Collasso Estremo" ("SLC Estremo"), indicato anche come "SLC Reale" per esprimere il fatto che esso può essere fatto corrispondere al collasso vero e proprio della costruzione. Questo scenario rappresenta una condizione prestazionale estrema della struttura soggetta al terremoto, ovvero una condizione alla quale corrispondano estesi crolli della costruzione con conseguenze estreme in termini di costi di ripristino e danni agli occupanti. Lo scenario "SLC Estremo" viene fatto convenzionalmente corrispondere al collasso di una percentuale importante di elementi (p.es. 50% di tutti gli elementi della struttura).

Nel caso in cui il valore di intensità sismica per il quale si verifica lo scenario di collasso "SLV Esteso" o "SLC Estremo" sia maggiore del valore previsto dalla norma come valore di domanda sismica al sito per lo stato limite SLC, si considera come scenario "SLV Esteso" o  "SLC Estremo" quello corrispondente alla domanda di intensità SLC indipendentemente dal numero di elementi collassati. Si intende pertanto che nelle valutazioni di rischio non vengono prese in considerazione le conseguenze di scenari di danneggiamento più gravi di quelli associabili alla massima intensità sismica prevista al sito per progettare strutture adeguate allo Stato Limite di Collasso. In pratica non si indaga il rischio delle conseguenze che potrebbero essere causate da terremoti di intensità superiore al "Massimo Terremoto di Progetto" atteso nel sito. Questa scelta può ovviamente essere modificata e le analisi estese oltre il limite.

La quantificazione delle conseguenze è basata sulla valutazione di un indicatore di danno, e quindi di conseguenze, che tiene conto del numero e della estensione convenzionale dei "collassi" degli elementi strutturali e non strutturali.

Per l'edificio analizzato viene infine determinato un indicatore di rischio espresso in termini di probabilità annua di perdite attese. Facendo riferimento agli aspetti economici, per perdite attese si intendono i costi di riparazione e quelli connessi con il fermo dell'attività. È possibile anche fare riferimento agli occupanti: in questo caso per perdite attese si intende il numero di feriti gravi e vittime.

7        ESEMPIO DI esitO delle valutazioni del rischio di conseguenze di un attacco sismico SU UNA COSTRUZIONE

Si prende in considerazione un edificio su cui state condotte le valutazioni di vulnerabilità sismica previste dalla normativa vigente. Si assume che le valutazioni condotte abbiano mostrato valori di vulnerabilità sismica anche particolarmente elevati.

È necessario ripetere che un elevato valore di vulnerabilità sismica calcolato secondo i criteri di calcolo previsti dalla norma non comporta automaticamente una elevata entità delle conseguenze sugli occupanti in occasione di un evento sismico. Infatti le condizioni prestazionali definite dalla norma NTC2008 per identificare lo stato per il quale si valuta la vulnerabilità sismica della costruzione corrispondono al raggiungimento di una condizione limite di capacità di un singolo elemento strutturale. A questa condizione corrisponde un danneggiamento molto localizzato, definibile "danno limitato", che interessa un solo elemento strutturale (p.es. una trave o un pilastro) e, di fatto, è poco rilevante in termini di conseguenze perché può interessare soltanto le immediate vicinanze. Soltanto in presenza di "collassi" di gruppi di elementi aggregati (travi e pilastri connessi) è plausibile il verificarsi di crolli parziali di impalcati o di  porzioni di edificio tali da produrre conseguenze significative.

Per conoscere qual è l'effettiva e ragionevole condizione di rischio sismico connessa all'utilizzo dell'edificio viene condotta una vera e propria analisi di rischio. La procedura di valutazione del rischio delle conseguenze di un attacco sismico sull'edificio considerato prevede un percorso di acquisizione e definizione di conoscenze riguardanti la "pericolosità", la "vulnerabilità", l'"esposizione".

In primo luogo si definisce la pericolosità sismica del sito utilizzando il quadro di pericolosità definito nell'ambito della vigenti norme NTC2008 per il territorio nazionale.

In secondo luogo si valutata la capacità sismica per tre diversi scenari di danneggiamento:

"Stato Limite di Salvaguardia della Vita Nominale" ("SLV Nominale");

"Stato Limite di Danneggiamento Esteso" ("SLV Esteso");

"Stato Limite di Collasso Estremo" (SLC Estremo).

Corrispondentemente agli scenari considerati si eseguono le valutazioni delle conseguenze sugli occupanti secondo una procedura messa a punto per lo scopo e basata sulla valutazione di un indicatore di danno dipendente dai collassi strutturali e non strutturali.

Per l'edificio analizzato viene quindi determinato un indicatore di rischio espresso in termini di probabilità annua di perdite economiche e di occupanti attese.

Per quanto riguarda l'occupazione dell'edificio (esposizione) si fa riferimento ai dati forniti dalla proprietà risultanti dal monitoraggio delle effettive condizioni di impiego degli edifici che indicano la tipologia e la quantità di contenuti ed il numero di occupanti nelle ore della giornata e nei giorni dell'anno.

Nelle valutazioni si tiene altresì conto della preparazione degli occupanti ad adottare comportamenti opportuni in occasione dell'evento sismico. La preparazione degli occupanti determina ovviamente la riduzione delle conseguenze ed è assicurata dall'effettuazione di corsi specifici per gli occupanti.

A titolo esemplificativo nel seguito si riportano in breve gli esiti di un'analisi di rischio condotta su un edificio che risultava avere, a seguito delle valutazioni di vulnerabilità di norma, un indice di capacità sismica inferiore al 10%.

"Il risultato della valutazione effettuata indica che il rischio di conseguenze è molto esiguo e praticamente irrilevante (valutazioni numeriche esatte risultanti dalle analisi possono essere fornite, ndr) se esteso ad un limitato numero di anni (5-10). Per l'edificio esaminato la valutazione indica infatti valori di perdite dell'ordine di alcuni percento per quelle economiche e di alcuni millesimi per quelle degli occupanti.

Facendo anche riferimento alle indicazioni della nota DPC/SISM/0083283 del 4/11/2010 (alcuni aspetti della quale sono già stati esposti in precedenza, ndr) si può concludere con i seguenti suggerimenti a supporto delle decisioni della proprietà.

Gli esiti delle valutazione di vulnerabilità eseguiti suggeriscono che la proprietà si attivi per prendere in considerazione soluzioni che conducano al miglioramento sismico del complesso.

Gli esiti della valutazione di rischio eseguita tenendo conto dell'esposizione di vite umane e che ha condotto alla stima di valori di rischio molto bassi suggeriscono che i tempi di intervento possano essere ragionevolmente programmati (si può produrre una indicazione temporale più puntuale in relazione all'esito della valutazione di rischio, ndr) in funzione delle disponibilità economiche e della programmazione nell'uso della costruzione interessata, ciò anche in relazione ai chiarimenti PCM-DPC."

 

 

 

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