CLASSIFICAZIONE​
SISMICA DEGLI EDIFICI
Studi di vulnerabilità sismica
Cosa si intende per vulnerabilità sismica​​
La vulnerabilità sismica è la propensione di una costruzione a subire danni e crolli sotto l'azione sismica. Quanto più un edificio è vulnerabile (per tipologia, progettazione inadeguata, scadente qualità di materiali, modalità di costruzione e scarsa manutenzione), tanto maggiori saranno le conseguenze sulla struttura.
Rappresenta pertanto una proprietà intrinseca della costruzione, dipendendo dalle caratteristiche strutturali (geometriche e costruttive) reali della struttura.
Se da un lato non è possibile agire per modificare la pericolosità sismica di un territorio e ben poco si può fare per modificare l'esposizione al rischio sismico, dall'altro abbiamo invece molte possibilità di ridurre la vulnerabilità delle costruzioni e di attuare così politiche di prevenzione e messa in sicurezza degli edifici.
Come si valuta la vulnerabilità sismica di una struttura
In termini tecnici la vulnerabilità sismica di una struttura è rappresentata da un indicatore che mette in relazione la capacità di resistenza della struttura e la richiesta in termini di resistenza e/o spostamento del sisma.
Tale parametro è definito "indicatore di rischio sismico".
Le procedure per la valutazione della vulnerabilità sismica degli edifici possono essere condotte con diversi gradi di approfondimento e complessità di calcolo: da stime più qualitative, basate sul rilievo mediante schede delle principali caratteristiche degli elementi costitutivi dell'edificio, a complesse analisi numeriche mediante metodi di calcolo lineari e non lineari.
Naturalmente tutte le procedure di valutazione della vulnerabilità degli edifici esistenti basate sulla compilazione di schede cartacee conducono a considerazioni preliminari ed i risultati con esse ottenuti possono essere utilizzati al più per stabilire un ordine di priorità sui possibili interventi di adeguamento o miglioramento. Di contro, la stima della vulnerabilità sismica globale di una struttura ai fini della redazione di un progetto strutturale di miglioramento/adeguamento sismico deve essere conseguita mediante l'esecuzione di calcoli strutturali coerenti con i metodi di analisi previsti dalle Norme Tecniche per le Costruzioni.
La stima della vulnerabilità mediante schede viene eseguita in sede di sopralluogo associando una certa classe ad un set di parametri rappresentativi della tipologia strutturale e del grado di conservazione dei principali elementi portanti. Ad ogni parametro è associata una scala di punteggi variabile in base alla classe che può essere associata. La combinazione dei punteggi ottenuti porta ad una valutazione dell'indice di vulnerabilità della struttura.
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Iter progettuale
La stima dell'indice di vulnerabilità sismica di un edificio segue l'iter progettuale di 'Valutazione della sicurezza' di cui al paragrafo 8.5 delle NTC che può essere riassunto nei seguenti passaggi.
INDAGINE CONOSCITIVA: si definisce lo stato attuale della costruzione mediante rilievi plano-altimetrici, strutturali e dello stato di danno e deformativo della struttura.
ANALISI STORICO-CRITICA: è lo strumento che guida il progettista nella ricostruzione dello stato di sollecitazione attuale alla luce delle modifiche e degli eventi che hanno interessato l'edificio nel tempo.
CARATTERIZZAZIONE MECCANICA DEI MATERIALI: valutazione della capacità di resistenza dei materiali mediante indagini svolte in sito o in laboratorio.
DEFINIZIONE DEI LIVELLI DI CONOSCENZA e dei conseguenti FATTORI DI CONFIDENZA: si definiscono coefficienti riduttivi delle proprietà meccaniche dei materiali via via minori al crescere del grado di approfondimento delle indagini; si va dal Livello di Conoscenza 1 (LC1), il minimo consentito, al livello di Conoscenza 3 (LC3), il massimo consentito.
ANALISI STRUTTURALE e determinazione della VULNERABILITÀ del sistema strutturale esistente;​
PROPOSTA di eventuali INTERVENTI di adeguamento e valutazione del rapporto costi/benefici ottimale.
I passaggi più delicati dell'iter progettuale proposto sono generalmente due: 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.
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Analisi della struttura
L'analisi della struttura deve essere condotta considerando i diversi meccanismi che possono presentarsi sulla costruzione in studio. Per edifici in muratura si possono distinguere due categorie di meccanismi di danno a cui corrispondono diversi metodi di calcolo:
Meccanismi di primo modo: corrispondono a cinematismi fuori piano di singole pareti o di porzioni di struttura. Si tratta di fenomeni di ribaltamento (rocking) e flessione che portano a collasso la struttura per perdita di equilibrio. Sulla base del quadro fessurativo e deformativo dell'edificio si sceglie un possibile cinematismo e, applicando il principio dei lavori virtuali, si valuta la capacità della struttura di resistere a sollecitazioni sismiche.
Si esegue per una parete della struttura la verifica del meccanismo locale di ribaltamento composto di cuneo diagonale. Il meccanismo si manifesta attraverso la rotazione rigida di intere facciate o porzioni di pareti rispetto ad assi in prevalenza orizzontali accompagnata dal trascinamento di parti delle strutture murarie appartenenti alle pareti di controvento.
Meccanismi di secondo modo: interessano la risposta delle pareti nel proprio piano e generano danneggiamenti per flessione e taglio; la rottura avviene per superamento della resistenza ultima del materiale. A differenza dei meccanismi di primo modo, tali cinematismi si attivano in strutture in grado di sviluppare una risposta globale alla sollecitazione sismica.
Nella pratica progettuale la sicurezza della costruzione deve essere valutata nei confronti di entrambi i meccanismi, primo e secondo modo, e si dovranno quindi prevedere analisi locali e globali. Se la struttura non manifesta un comportamento d'insieme la risposta globale potrà essere valutata come insieme di verifiche locali; ove invece la tecnica costruttiva propria della struttura o la messa in opera di opportuni interventi garantiscano il comportamento scatolare della costruzione, sarà necessario ricorrere all'analisi globale della struttura.
In quest'ultimo caso dovrà essere preso in considerazione il modello tridimensionale della struttura e potranno essere svolte analisi globali lineari e non lineari: la scelta ricade sull'uno o sull'altro metodo a seconda di come si intende considerare la capacità dissipativa della struttura. Nelle analisi lineari si fissa un valore del fattore di struttura q che tenga conto del comportamento non lineare del materiale e della capacità della struttura di assorbire forti deformazioni in campo plastico. Dall'analisi si deducono le sollecitazioni agenti sugli elementi strutturali che saranno poi oggetti di verifica.
L'analisi non lineare invece considera l'evoluzione dello stato tensionale del materiale all'aumentare dell'azione sismica tenendo via via in conto le non linearità intrinseche del sistema. Il risultato dell'analisi è la definizione della curva di capacità che modella l'evoluzione dell'edificio in termini di spostamento al modificarsi del grado di sollecitazione.​
Le strutture in muratura hanno un comportamento fortemente non lineare, pertanto le analisi non lineari ne colgono meglio la risposta sismica seppur implichino un onere computazionale maggiore e una più complessa analisi dei risultati.
Vulnerabilità sismica e indicatore di rischio
Lo studio di vulnerabilità simica consiste nello stabilire l’entità delle azioni (in questo caso l’azione sismica) che portano al non superamento dello stato limite in esame. Pertanto questo tipo di analisi, nella generalità dei casi, assume una metodica iterativa di incremento del carico, cioè l’azione sismica viene incrementata linearmente fino a quando uno dei controlli effettuati per la verifica dello stato limite risulta non superato. In particolare, ai fini sismici, conviene esprimere la resistenza della struttura in termini di accelerazione al suolo, in quanto sin dall’O.P.C.M. 3274 fino al D.M. 14/01/2008 l’azione sismica di base è legata all’accelerazione locale impressa dal sisma di progetto. Pertanto per una struttura esistente è importante valutare la PGA (Peak Ground Acceleration) tale da compromettere la stabilità di parti o dell’intera struttura.
La vulnerabilità sismica della struttura è definita quindi da un indicatore di rischio determinato come rapporto tra l'azione sismica corrispondente al raggiungimento della capacità della struttura e la domanda sismica allo stato limite ultimo.
In caso di calcolo mediante analisi lineare la vulnerabilità sismica può essere valutata con il rapporto tra sollecitazione ultima e sollecitazione di calcolo per ciascun elemento:
dove Rd sono le resistenze ed Ed le sollecitazioni. Il valore da attribuire all'intera struttura è il minimo tra tutti quelli ottenuti su ciascun elemento; la vulnerabilità è dunque dettata dal primo elemento che raggiunge lo stato limite ultimo. Se si ottiene un indice di vulnerabilità inferiore all'unità la struttura non ha resistenza sufficiente a far fronte ad un evento sismico e l'eccedenza rispetto all'unità è indice del grado di inadeguatezza. Apportando interventi di adeguamento o miglioramento alla struttura, l'indice di vulnerabilità consente di valutare quale intervento garantisca le prestazioni migliori.
In caso di analisi non lineare l'indice di vulnerabilità, dato dal rapporto tra grandezze che misurino la capacità della struttura con quelle che ne identifichino la domanda in condizioni sismiche, può essere valutato in termini di periodo di ritorno dell'evento sismico, TR, o di accelerazioni di picco, PGA:
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Il TR(D) e la PGA(D) sono rispettivamente il periodo di ritorno e l'accelerazione di picco dello spettro sismico di progetto (domanda di spostamento) mentre TR(C) e PGA(C) sono rispettivamente il tempo di ritorno e l'accelerazione di picco dell'evento sismico che porta la struttura al raggiungimento dello stato limite (capacità). Operativamente, la vulnerabilità si valuta variando il tempo di ritorno o la PGA, e quindi lo spettro di risposta, fintanto che non si raggiunge lo stato limite stabilito.
L'indice di vulnerabilità per la struttura in studio può essere dedotto facilmente dai risultati presentati precedentemente, sia in caso di analisi lineare che non lineare. ​
Classificazione delle strutture a partire dal 2017
La procedura di valutazione della sicurezza degli edifici esistenti proposta dalle Norme Tecniche ha lo scopo di stimare la vulnerabilità di strutture esistenti e studiare gli interventi di ripristino più opportuni.
In tale ottica viene introdotto il concetto di rischio sismico degli edifici che tiene conto non solo della vulnerabilità intrinseca del fabbricato, ma di un parametro economico definito come costo di ricostruzione o danni che si accompagnano al superamento di ciascuno stato limite.
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Classificazione del rischio sismico
Il 20 febbraio 2017 il CSLP (Consiglio superiore dei lavori pubblici) ha approvato le “Linee Guida per la classificazione di rischio sismico delle costruzioni”.
Le linee guida forniscono una metodologia per definire le classi di rischio sismico degli edifici esistenti, prima e dopo gli eventuali interventi antisismici.
Le linee guida prevederanno 2 metodi di diagnosi, uno semplificato e uno avanzato.
Il metodo semplificato è basato su meccanismi rapidi, ispirati ai rilievi effettuati dalla Protezione civile negli scenari di emergenza. L’idea di questo metodo è creare una procedura semplice, meno costosa, per stimolare i cittadini a mettere in sicurezza le abitazioni con piccoli interventi (catene per sostenere gli edifici in muratura o ristrutturazione del tetto).
Con il metodo avanzato di classificazione il tecnico incaricato deve definire la classe sismica ed effettuare una valutazione sulla sicurezza dell’edificio per i seguenti stati limite:
stato limite di danno (SLD)
stato limite di salvaguardia della vita (SLV)
La valutazione va effettuata sia nello stato di fatto sia nello stato di progetto, nel rispetto di quanto previsto dalle Norme tecniche delle costruzioni.
A seguito della valutazione si definisce una classe di rischio in funzione del costo dei danni che si accompagnano al superamento di ciascuno stato limite.
​Pertanto la classe di rischio è funzione di:
costo per il ripristino dei danni
indice di sicurezza
Le classi complessivamente sono otto, si parte dalla A+ fino alla G.
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