Vulnerabilità sismica

Valutazione di vulnerabilità sismica: metodologica

- Premessa
- Vulnerabilità sismica: metodologia
- Quanto costa una vulnerabilità sismica

Premessa

In questo articolo sarà illustrato in via generale l'approccio per l'esecuzione di una valutazione di vulnerabilità sismica.

I contenuti principali inerenti alla normativa, al rischio sismico ed ai fini della vulnerabilità sismica sono stati meglio affrontati in questo altro articolo, ma si possono riassumere nei punti seguenti:
- l'O.P.C.M. 3274:2003 obbliga tutti i proprietari, pubblici e privati, di edifici strategici ai fini della protezione civile o rilevanti in relazione alle conseguenze di un eventuale collasso, realizzati precedentemente al 1984, ad eseguire la valutazione di vulnerabilità sismica su tali manufatti; [1]
- l'elenco dei manufatti strategici e rilevanti è contenuto nella D.G.R. n. 3645 del 28.11.2003, nella quale tra gli edifici rilevanti figurano asili, scuole di ogni ordine e grado, stadi, palazzetti, palestre, strutture socio sanitarie e socio assistenziali (case per anziani e disabili), edifici pubblici soggetti ad affollamento, attività commerciali con superficie maggiore di 5000 mq, musei, biblioteche, uffici postali, sedi di banche, sale per convegni e spettacoli con capienza maggiore di 100 unità, industrie con personale impiegato maggiore di 100 unità, chiese e locali di culto.

Si ricorda che c'è l'obbligo della verifica per i casi previsti dall'O.P.C.M.3274:2003, mentre, in via generale, non c'è l'obbligo di esecuzione degli interventi di adeguamento. [2]

Ribadisco inoltre un concetto tanto semplice quanto essenziale: ad oggi i terremoti non sono prevedibili. Nemmeno in concomitanza di uno sciame sismico si è in grado di affermare se l’evento di intensità maggiore si sia già manifestato o debba ancora arrivare.[3]

L’unico modo per farsi trovare preparati consiste in una sistematica prevenzione, sia per la salvaguardia delle vite che dei manufatti e dei beni ivi contenuti.

Fare prevenzione comporta soprattutto una variazione di modalità di pensiero e di esecuzione, ma non comporta necessariamente grandi investimenti. Un esempio per tutti: sebbene poco noto, all'Aquila ci sono state sensibili perdite per la caduta e rottura di manufatti antichi esposti in musei al di sopra di piedistalli. La scossa più forte era stata anticipata da un intenso sciame sismico ma nessuno, dagli operatori locali ai vari Enti superiori, ha pensato di poggiare i manufatti a terra, magari sdraiati. Costo della prevenzione? Zero.

Il 60% del patrimonio edilizio italiano è antecedente al 1974, data di emissione della prima normativa sismica nazionale, perciò il futuro dell'edilizia sarà votato sempre più verso il recupero dell'esistente ed è altrettanto evidente come questo processo di recupero debba necessariamente passare attraverso la conoscenza dell'esistente.
Conoscenza significa poter pianificare il futuro. Sapere quali sono le carenze strutturali di un edificio può permettere di pianificarne gli interventi di adeguamento, magari associandoli ad interventi di recupero già programmati; o, al limite, modificarne la destinazione d'uso al fine di rendere l'edificio compatibile con le risorse che può metter in gioco in caso di evento sismico. O, ancora, definire puntuali interventi che consentano un miglioramento (e non l'adeguamento) delle strutture, comunque compatibile con la vita stimata residua del manufatto.

Inoltre, la Regione Veneto promuove gli interventi di miglioramento e/o adeguamento sismico anche da parte di soggetti privati, purché abbiano pronti alla pubblicazione del bando di finanziamento progetti immediatamente cantierabili, costituiti da una valutazione di vulnerabilità sismica e da almeno uno studio di fattibilità o progetto preliminare. Ne è un esempio il bando che finanziava interventi di adeguamento sismico di edifici privati con attività commerciale/industriale, diffuso quest'estate (D.G.R. 884 del 04.06.2013). [4]

La valutazione di vulnerabilità sismica costituisce il passo essenziale, il primo da farsi per conoscere lo stato di conservazione del patrimonio edilizio e necessario per procedere con la pianificazione sia degli interventi di adeguamento che delle risorse economiche necessarie.

Vulnerabilità sismica: metodologia

La valutazione di sicurezza segue l'iter illustrato dal D.M. del 14.01.2008 e dalla Circolare n. 617 del 02.02.2009, costituito dai seguenti passaggi:

1) analisi storico-critica;
2) rilievo geometrico-strutturale;
3) caratterizzazione meccanica dei materiali;
4) definizione dei livelli di conoscenza e dei conseguenti fattori di confidenza;
5) definizione delle azioni e nella relativa analisi strutturale;
6) determinazione della vulnerabilità del sistema struttura esistente;
7) proposta di eventuali interventi di adeguamento e valutazione del rapporto costi/benefici ottimale.

1) ANALISI STORICO CRITICA

Nella valutazione di un edificio esistente, il risultato sarà tanto più veritiero quanto più saranno attendibili i dati di partenza che caratterizzano il manufatto, nello specifico geometria, particolari costruttivi e caratteristiche meccaniche dei materiali. La fase preliminare sarà pertanto costituita dall'acquisizione di tutta la documentazione progettuale storica disponibile, sia dal Committente che presso gli Enti preposti, al fine di individuare la composizione architettonica-strutturale che nel corso degli anni ha dato vita al complesso edilizio da studiare.

2) RILIEVO GEOMETRICO STRUTTURALE

Questa fase è estremamente importante, tanto che la Normativa Tecnica dispone che non ci sia possibilità di differenti livelli di acquisizione di questo tipo di informazioni, ma vi sia un'acquisizione esaustiva delle caratteristiche della struttura; in questa fase verranno rilevate le strutture resistenti, i carichi agenti, eventualmente confrontando gli elaborati storici disponibili con lo stato di fatto, verrà individuata la tipologia strutturale ed ogni altro aspetto che può influire sulla valutazione di sicurezza, come ad esempio la presenza di quadri fessurativi sviluppati.
Importante inoltre il rilievo delle fondazioni, che dovranno essere verificate sia per tipologia che per quota di realizzazione.

3) CARATTERIZZAZIONE MECCANICA DEI MATERIALI

Come già anticipato, l'affidabilità di una modellazione strutturale (e dei conseguenti risultati) è obbligatoriamente legata ai dati di input; ciò nonostante la valutazione di sicurezza di una struttura esistente porta con sé un'inevitabile componente di aleatorietà e non conoscenza: per questi motivi, le Norme obbligano ad eseguire un numero di prove sui materiali tali da ridurre al minimo queste componenti di incertezza, compatibilmente con lo stato di conservazione e la funzione del manufatto.
Una struttura di cui si conosce poco, sarà penalizzata da fattori cautelativi che andranno a ridurre le caratteristiche meccaniche dei materiali. Sottolineo come questa linea di scarsa conoscenza sia, salvo casi eccezionali, poco condivisibile in quanto può portare a risultati sulle capacità della struttura inferiori a quelli reali, con formulazioni di interventi di adeguamento che in realtà potrebbero essere ridotti o addirittura rendersi non necessari. E questo, ripeto, solo per un eccessivo livello di tutela dovuto alla mancanza di conoscenza iniziale della struttura.
Il numero e la tipologia di prove variano in numero e tipologia in relazione alla documentazione disponibile, al livello di conoscenza che si intende raggiungere ed alla tipologia strutturale.
Sia per edifici in cemento armato che muratura (ma anche in via generale per strutture in acciaio e legno), le prove saranno sia di natura distruttiva che non distruttiva, tra cui le più comuni sono:

CALCESTRUZZO	pacometro	rilievo del copriferro, della posizione, numero e diametro delle armature
CALCESTRUZZO	sclerometro	rilievo della resistenza a compressione del calcestruzzo
CALCESTRUZZO	termografia	rilievo di difetti strutturali, non continuità, infiltrazioni
CALCESTRUZZO	carotaggio *	prelievo di provini di cls e determinazione della resistenza a compressione
ACCIAIO D’ARMO	prelievo barre *	determinazione resistenza a rottura e snervamento delle barre
CALCESTRUZZO	carbonatazione	verifica della profondità di carbonatazione del cls
MURATURA/CLS	indagini endoscopiche	rilievo della natura di pannelli murari
MURATURA	sclerometro su malte	determinazione qualità malte
MURATURA	martinetto piatto singolo *	determinazione della tensione di esercizio del pannello murario
MURATURA	martinetto piatto doppio *	determinazione della tensione di rottura del pannello murario
MURATURA	prova di taglio *	determinazione della tensione di rottura a taglio della malta

Le prove con l'asterisco sono prove di tipo distruttivo.

In questa fase saranno acquisite tutte le informazioni necessarie anche in merito al sottosuolo, in particolare eseguendo una caratterizzazione sismica preferibilmente mediante la misurazione della velocità di propagazione delle onde di taglio, necessarie sia per la valutazione di sicurezza che per l’individuazione degli eventuali interventi di adeguamento.

4) LIVELLI DI CONOSCENZA E DEI CONSEGUENTI FATTORI DI CONFIDENZA

Le Norme Tecniche per le Costruzioni (D.M. del 14.01.2008 e Circolare n. 617 del 02.02.2009) prevedono tre livelli di conoscenza per l’edificio, e premiano le analisi svolte a partire da un elevato livello di conoscenza permettendo di adottare coefficienti riduttivi delle proprietà meccaniche dei materiali via via minori; indipendentemente dalla tipologia strutturale, si va dall’LC1 (Livello di Conoscenza 1), il minimo consentito, all’LC3, il massimo consentito.

Edifici irregolari, in pianta o in altezza, secondo quanto previsto per la redazione delle Schede di Sintesi [5] per la Protezione Civile (da farsi per gli edifici soggetti all’obbligo di verifica ai sensi dell’O.P.C.M. 3274:2003), devono avere un livello di conoscenza minimo pari ad LC2.

5) ANALISI STRUTTURALE

Acquisite tutte le informazioni necessarie, è possibile procedere con l’analisi numerica. Senza dilungarsi troppo sull’argomento che è molto vasto e tecnico, sottolineo solo come le analisi siano in prima approssimazione suddivisibili in 2 categorie: lineari e non lineari. Le prime sono le più comuni, e sono solitamente eseguite per la progettazione di nuove strutture. Le seconde sono più onerose, anche dal punto di vista del mero calcolo numerico, ma presentano il vantaggio di meglio cogliere il comportamento di una struttura quando sottoposta a diversi livelli di sollecitazioni. In altri termini consentono, mediante l’applicazione di forze sismiche via via maggiori, di individuare la capacità globale della struttura, ossia la forza sismica che porta al collasso la struttura e rapportarla con quella prevista dalla normativa sismica.
Laddove consentito dalla Normativa Tecnica, per le valutazioni di sicurezza è opportuno eseguire sempre analisi di tipo non lineare, al fine di tenere in debita considerazione la non linearità geometrica e/o del legame costitutivo dei materiali.

6) DETERMINAZIONE DELLA VULNERABILITÀ

Il rapporto tra capacità della struttura di far fronte al sisma e richiesta (in termini di resistenza e/o spostamento) da parte del sisma di riferimento previsto dalla normativa, permette la definizione dell’indicatore di rischio sismico, ossia un parametro unico con andamento esponenziale che riassume le principali caratteristiche strutturali di un manufatto. Per valori superiori all’unità l’edificio sarà adeguato sismicamente a quanto previsto dalla Normativa Tecnica vigente.

La valutazione di vulnerabilità comprenderà inoltre tutti gli aspetti non desumibili dalla sola analisi numerica e che devono essere formulati dalla competenza del professionista: tali aspetti comprendono la stabilità di elementi non strutturali (controsoffitti, comignoli, ecc.) o particolari che devono essere rilevati in fase di acquisizione delle informazioni (presenza di travi non adeguatamente ammorsate, giunzioni tra travi lignee insufficienti, ecc.).

7) PROPOSTA DI EVENTUALI INTERVENTI DI ADEGUAMENTO E VALUTAZIONE DEL RAPPORTO COSTI/BENEFICI OTTIMALE

La fase conclusiva del servizio consiste nella definizione degli eventuali interventi che consentano di adeguare il manufatto, valutando il grado di miglioramento sismico conseguibile con ogni singolo intervento al fine da individuarne il rapporto costi/benefici. Sarà inoltre definita una scala di priorità degli interventi, al fine da scongiurare eventuali situazioni di rischio imminente.

QUANTO COSTA UNA VALUTAZIONE DI VULNERABILITA' SISMICA

E' stato stimato che negli ultimi decenni sono stati spesi 160 miliardi di euro per la ricostruzione post-sisma, quando per una prevenzione su scala nazionale sarebbe stato sufficiente un quarto del suddetto investimento.

Conoscere il livello di sicurezza di un edificio è il primo passo e tra i più importanti per la prevenzione.

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Per una risposta più accurata, nella mail precisa:
- quando è stato realizzato l'edificio
- se ha subìto interventi strutturali importanti
- la tipologia costruttiva, se nota (cemento armato, muratura, mista, ecc.)
- la superficie o il volume del fabbricato.
- la funzione dell'edificio (asilo, abitazione, opificio, ecc.)

[1] Ordinanza del Presidente del Consiglio dei Ministri n. 3274 del 20 marzo 2003, art.2 commi 3 e 5, vedi link a lato.
[2] Circolare di chiarimenti sugli esiti delle verifiche sismiche, da Presidenza del Consiglio dei Ministri, Dipartimento della protezione civile .
[3] Cito due articoli per tutti, uno pubblicato dall' INGV (Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia) e l'altro dalla rivista Science sulla previdibilità dei terremoti, in particolare in relazione alle variazioni di emissione di Radon dal sottosuolo.
[4] Deliberazione della Giunta Regionale (Veneto) n. 884 del 04.06.2013.
[5] Si richiama l'ultima circolare del Capo Dipartimento della Protezione Civile del 2010 sulle verifiche sismiche.

O.P.C.M. 3274:2003

Scarica l'ordinanza:
- All. 1 - Criteri per l'individuazione delle zone sismiche - individuazione, formazione e aggiornamento degli elenchi nelle medesime zone (pdf 356kb);
- All. 2 - Norme tecniche per il progetto, la valutazione e l'adeguamento sismico degli edifici (pdf 592kb);
- All. 3 - Norme tecniche per il progetto sismico dei ponti (pdf 268kb);
- All. 4 - Norme tecniche per il progetto sismico di opere di fondazione e di sostegno dei terreni (pdf 47kb);
- Elenco dei comuni classificati (xls 958kb).

DOCUMENTI CORRELATI

- Relazione illustrativa (pdf 49kb, 15/01/03);
- Nota esplicativa (pdf 175kb, 29/03/04);
- Disposizioni attuative (pdf 83kb).

AGGIORNAMENTI

- O.P.C.M. 3333:2004: Disposizioni urgenti di protezione civile (pdf 84kb).
- O.P.C.M. 3316:2003: Modifiche ed integrazioni all'O.P.C.M. 3274 (pdf 312kb).

D.M. del 14.01.2008

Scarica le Norme Tecniche per le Costruzioni:
DM Norme Tecniche
Indice Generale
Cap 01: Oggetto
Cap 02: Sicurezza e prestazioni attese
Cap 03: Azioni
Cap 04: Costruzioni civile e industrali
Cap 05: Ponti
Cap 06: Progettazione geotecnica
Cap 07: Progettazione per azioni sismiche
Cap 08: Costruzioni esistenti
Cap 09: Collaudo statico
Cap 10: Redazione progetti strutturali
Cap 11: Materiali e prodotti
Cap 12: Riferimenti tecnici
Allegato A/B
Tabella parametri spettrali
Tabella isole

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Circolare n.617 del 02.02.2009

Introduzione Ministro
Sommario
Capitoli 1-3
Capitolo 4
Capitoli 5-7
Capitoli 8-12
Appendici

ing. Fabio Balliana