Come si calcola la vulnerabilità sismica degli edifici

Come si calcola la vulnerabilità sismica degli edifici?

Il terribile bilancio di vite umane e di distruzioni provocato dagli eventi sismici ha reso necessaria l'adozione di tutte le misure atte a salvaguardare la sicurezza delle persone e a limitare i danni alle cose. Gli studi condotti sull'argomento e le esperienze maturate consentono di realizzare strutture dotate di elevata capacità di sopportare e dissipare l'azione sismica, senza che siano compromesse le funzioni fondamentali della costruzione.
Il problema che la tecnica e la normativa si trovano di fronte non è tanto quello di concepire strutture capaci di offrire la massima resistenza, ma piuttosto quello di commisurare le scelte progettuali al rischio sismico, tenendo anche conto delle probabilità che esso si verifichi.

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Edifici crollati dopo un terremoto
(foto di Angelo_Giordano - Fonte: https://pixabay.com)

Cos’è l'indice di vulnerabilità sismica e il rischio sismico?

Il rischio sismico indica la possibilità che un terremoto possa verificarsi e provocare danni a cose e persone: più alto è il rischio e più è probabile che l'evento si manifesti e crei danni, viceversa più basso è il rischio e meno alta è la probabilità di subire il danno. Il rischio sismico è connesso alla zona, al grado di intensità del terremoto, e a un intervallo di tempo.

L'indice di vulnerabilità sismica, o meglio l'indicatore di rischio sismico, è appunto un valore numerico che indica il grado di rischio sismico che ha quell'edificio ed è il risultato di una valutazione tecnica ad opera dei Vigili del Fuoco e di ingegneri civili. Più questo valore è elevato e più l'edificio è vulnerabile sotto gli effetti di un possibile evento sismico e le conseguenze per cose e persone saranno disastrose. A incidere sulla vulnerabilità sismica sono il tipo di struttura, la qualità dei materiali, la modalità di costruzione dell'opera e le tecniche adottate, una "cattiva" progettazione e anche la scarsa o inesistente manutenzione (vedi le opere realizzate in calcestruzzo armato). L'80% degli edifici pubblici e privati realizzati tra gli anni '60 e 2000 hanno un altissimo grado di vulnerabilità sismica, considerando anche che il nostro paese, l'Italia; per gran parte del suo territorio ha un'elevata classe di sismicità, e infatti appena succede una piccola scossa crollano causando morti e feriti.

La nuove costruzioni vengono realizzate con i criteri antisismici ed è possibile anche fare degli interventi di consolidamento sull'esistente, per mettere in sicurezza per esempio scuole, ospedali e altri edifici pubblici. Purtroppo a tutt'oggi non si può ancora sapere quando si manifesterà esattamente un terremoto e con quale intensità, ma conoscendo le zone sismiche, con la tecnologia di oggi e le tecniche costruttive evolute è possibile realizzare grattacieli che resistono a scosse fortissime di terremoto (vedi il Giappone che è il paese al mondo più evoluto in tal senso) e quindi è possibile difenderci senza causare troppi danni o addirittura zero. Ovviamente lo Stato dovrebbe investire e incentivare affinchè venga rinnovato e sistemato l'intero parco immobiliare italiano.


Come viene fatta la valutazione della vulnerabilità sismica

La stima dell’indice di vulnerabilità sismica di un edificio viene fatta seguendo i passaggi contenuti nell norme NTC "Valutazione della Sicurezza":
  • Indagine conoscitiva
  • Analisi storico-critica
  • Caratterizzazione meccanica dei materiali
  • Definizione dei livelli di conoscenza e dei conseguenti fattori di confidenza
  • Proposta di eventuali interventi 
I passaggi più critici per stimare l'indice di vulnerabilità sismica sono la definizione di un modello di calcolo semplificato ma sufficientemente rappresentativo del comportamento reale della struttura e la scelta del metodo di analisi più appropriato. Questi due aspetti sono di importanza fondamentale per calcolare e definire la  vulnerabilità sismica della struttura dell'edificio.

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Danni provocati ad un edificio da un terremoto
(foto di Angelo_Giordano - Fonte: https://pixabay.com)

Zone sismiche e criteri di valutazione degli edifici

La legge prevede la suddivisione del territorio nazionale in zone sismiche in funzione del prevedibile grado d'intensità dei terremoti, da misurarsi in base alla scala Mercalli, distinguendo tre classi di sismicità: bassa (S = 6), media (S = 9), alta (S = 12).

I Comuni ricadenti in ciascuna zona sono stati individuati con appositi decreti. Gli edifici costruiti nelle zone sismiche devono rispettare una serie di prescrizioni riguardanti i seguenti argomenti:

  • criteri generali tecnico-costruttivi per la progettazione, l'esecuzione e il collaudo degli edifici in muratura, nonchè per il loro consolidamento;
  • carichi e sovraccarichi da assumere in funzione della destinazione delle opere;
  • criteri generali per la verifica della sicurezza;
  • indagini sui terreni e sulle rocce e sulla stabilità dei pendii;
  • prescrizioni tecniche per la progettazione, l'esecuzione e il collaudo delle opere di sostegno e di fondazione;
  • protezione delle costruzioni dagli incendi.

I criteri fondamentali adottati per la verifica degli edifici in zona sismica sono i seguenti:
  1. la struttura dell'edificio deve essere in grado di sopportare in regime elastico, cioè senza deformazioni e rotture, due terremoti di uguale intensità che avvengano in un periodo corrispondente a quello di vita dell'edificio (che è in genere considerato di 50 anni). Il tempo che intercorre tra due eventi sismici di uguale intensità è definito tempo di ritorno;
  2. la struttura dell'edificio deve essere in grado di superare in regime plastico, cioè subendo deformazioni e rotture parziali, ma senza crolli, un terremoto di intensità più elevata di quello sopra citato, che abbia un tempo di ritorno molto maggiore (per esempio 1000 anni).

Nella normativa tecnica vigente i due criteri sono compresi in un'unica procedura di verifica.

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Squadra di tecnici e Vigili del Fuoco stabiliscono la vulnerabilità
degli edifici dopo un terremoto
(foto di RAEng_Publications - Fonte: https://pixabay.com)

Prescrizioni per le costruzioni antisismiche

Per le costruzioni antisismiche occorre tener conto delle prescrizioni riguardanti:
  • l'altezza massima degli edifici correlata al sistema costruttivo adottato e al grado di sismicità della zona, nonchè alle larghezze stradali;
  • le distanze minime consentite tra gli edifici e le modalità di giunzione tra edifici contigui;
  • le azioni sismiche orizzontali e verticali da considerare nel dimensionamento degli elementi delle costruzioni e delle loro giunzioni;
  • il dimensionamento e la verifica delle diverse parti delle costruzioni;
  • le tipologie costruttive per le fondazioni e le parti in elevazione.
In generale per le strutture degli edifici, sono da preferire le configurazioni plano-volumetriche dotate di momenti d'inerzia non troppo diversi rispetto alle direzioni lungo le quali si possono trasmettere le onde sismiche: è quindi consigliabile evitare le soluzioni con piante asimmetriche. In caso di piante molto articolate è necessario suddividere in corpi di fabbrica, interponendo giunti strutturali opportunamente dimensionati per evitare che si trasmettano sollecitazioni.


Indice di vulnerabilità per edifici storici e scuole (NTC 2018)

La riparazione e il rafforzamento degli edifici danneggiati da un evento sismico comportano problemi estremamente complessi, che in genere richiedono soluzioni e accorgimenti specifici per ciascun tipo di costruzione e per ciascuna situazione di danneggiamento.
Le NTC 2018  (Norme Tecniche per le Costruzioni) specificano gli indici minimi di vulnerabilità sismica che devono obbligatoriamente essere raggiunti in caso di miglioramento degli immobili storici o di adeguamento degli edifici scolastici esistenti. L'indice minimo di vulnerabilità sismica definito dalla normativa in caso di miglioramento di edifici storici oppure di adeguamento di edifici scolastici deve essere pari a 0,6.

Leggi anche: Adeguamento sismico dell’esistente: cosa fare e da dove partire

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